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THM3060应用应用应用应用笔记笔记笔记笔记RF匹配电路与天线设计指南匹配电路与天线设计指南匹配电路与天线设计指南匹配电路与天线设计指南AN_AntennaVersion0.1文件名称文件名称文件名称文件名称：：：：THM3060RF匹配电路与天线设计指南版本：0.1保密级别：MID页码页码页码页码：：：：第2页共15页版本版本版本版本版本主要修改日期作者0.1OriginalIssue.2009-6Mengqy文件名称文件名称文件名称文件名称：：：：THM3060RF匹配电路与天线设计指南版本：0.1保密级别：MID页码页码页码页码：：：：第3页共15页目目目目录录录录版本......................................................................................................................................2目录..................................................................................................................................31简介...............................................................................................................................41.1文档目标.........................................................................................................41.2THM3060芯片介绍.......................................................................................42RF电路设计建议..........................................................................................................52.1RF电路设计—发送部分.............................................................................52.2RF电路设计—接收部分.............................................................................63天线设计建议................................................................................................................73.1天线设计原理..................................................................................................73.2天线设计步骤..................................................................................................73.2.1天线PCB布线设计.................................................................................73.2.2天线调谐..................................................................................................84天线设计实例..............................................................................................................124.1圆环天线.......................................................................................................124.2矩形天线.......................................................................................................134.3小矩形天线...................................................................................................145附件说明.....................................................................................................................15文件名称文件名称文件名称文件名称：：：：THM3060RF匹配电路与天线设计指南版本：0.1保密级别：MID页码页码页码页码：：：：第4页共15页1简介简介简介简介1.1文档目标文档目标文档目标文档目标本文档为THM3060RF匹配电路与天线设计中的一些应用建议。1.2THM3060芯片介绍芯片介绍芯片介绍芯片介绍THM3060L/ABC1是一款符合ISO/IEC14443TYPEA/B和ISO/IEC15693标准的多协议非接触卡读写器芯片，支持这些协议的所有通讯速率，内置接收放大和数字解调电路、时钟电路、复位电路。支持最高达848KBPS的通讯速率。一个完整的THM3060应用终端由CPU、THM3060、RF电路、天线构成，连接关系如下。图1系统架构图1以下简称THM3060文件名称文件名称文件名称文件名称：：：：THM3060RF匹配电路与天线设计指南版本：0.1保密级别：MID页码页码页码页码：：：：第5页共15页2RF电路设计建议电路设计建议电路设计建议电路设计建议2.1RF电路设计电路设计电路设计电路设计————发送部分发送部分发送部分发送部分我们推荐以下的电路图。rf_txdrf_clkoutR112L12.2UHL32.2UHC368pQ1FDV301VDSVLCC222PC1104L2C4VTTQ2FDV301ANTA图2RF发送电路图图发送电源VTT的滤波可以减少发送电路对于电源的干扰。VTT滤波后，送到扼流圈L3。扼流圈L3通直流，阻交流，为功率管蓄能。PCB布局上，滤波电容C1与L3越近越好。C2为调节电容，一般取值范围在10pF~30pF。L1、L2、C3、C4组成RF匹配网络。它们可以灵活的配置成串联谐振网络、T型网络。对于TypeB应用，我们建议采用串联谐振模式。即，上述电路图，C4、L2忽略。对于TypeA与15693应用，我们建议，RF匹配网络采用T型网络。T型网络，有两方面作用：1、滤波；2、阻抗变换。所谓滤波，谐振频率为13.56MHz，具有一定的带宽谐振网络，可以很好的抑制13.56MHz的高次谐波。所谓阻抗变换，当外接50欧姆天线，可以通过T型网络的阻抗变换作用，映射成功率管不同的负载。T型网络，相比串联谐振网络，有更好的抑制噪声的效果，但，匹配要求严格，若匹配不佳，会减小功率输出，对于TypeB的工作距离会有影响。下表为推荐的几组T型网络的参数L1L2C3C4映射阻抗值2.2uH短路68pF断路5022.2uH1.5uH120pF185pF302.2uH1.5uH140pF170pF402.2uH1.5uH170pF160pF50表1T网络参数表对于TypeA/B、15693全协议兼容应用，我们建议采用串联谐振模式。2最常用的一种设置，也是使用说明上采用的一种方式。文件名称文件名称文件名称文件名称：：：：THM3060RF匹配电路与天线设计指南版本：0.1保密级别：MID页码页码页码页码：：：：第6页共15页表1，参数第一种选择，为串联谐振匹配电路，这时，天线的谐振阻抗直接映射到功率管。几种非接触卡片协议的读卡器到卡片通讯采用的都是调幅方式（AM调制），AM调制由Q2、R1完成。rf_txd控制Q2的开关，Q2断开，VDS被调制。2.2RF电路设计电路设计电路设计电路设计————接收部分接收部分接收部分接收部分推荐使用如下的接收电路。D14148R127KC1270PANTAAIN图3RF接收电路图采用传统的二极管检波电路，简单易用，效果良好。文件名称文件名称文件名称文件名称：：：：THM3060RF匹配电路与天线设计指南版本：0.1保密级别：MID页码页码页码页码：：：：第7页共15页3天线设计建议天线设计建议天线设计建议天线设计建议3.1天线设计原理天线设计原理天线设计原理天线设计原理ISO/IEC14443TypeA/B应用中，天线有两方面作用：1、提供射频场激活卡片；2、接收卡片回复数据。天线包括PCB线圈与匹配网络两部分。设计目标为，品质因数【Q】适中，谐振频率为13.56MHz，阻抗为50欧姆的谐振网络。我们推荐下图的谐振方式。C201C202ANTAC200图4天线谐振示意图一种简易的理论计算思路：C202与【C200、C201】串联，与线圈谐振，天线端为串联电容的中间抽头。电感电容谐振时，表现为与电感线圈内阻相关的一个较大的阻抗，通过C202、【C200、C201】的分配，中间抽头处得到一个大约50欧姆的谐振阻抗。示波器电压波形也应该表现为，C200/C201与线圈连接处电压为C202处电压的数倍，倍数近似品质因数Q。3.2天线设计步骤天线设计步骤天线设计步骤天线设计步骤3.2.1天线天线天线天线PCB布线设计布线设计布线设计布线设计布线即决定线圈与匹配网络的形式。我们推荐，若空间足够，匹配网络的并联电容预留2个，串联电容预留4个。天线的射频场辐射基于其电感线圈，设计合理感值的线圈为天线设计的关键，理论计算和实际应用都显示，1~2uH的线圈电感值比较适用于本类应用。不同应用环境，留给天线的物理空间不尽相同，物理空间基本限定了线圈PCB的大小。天线射频场的辐射范围，大体等同于线圈的半径。基于不同的物理尺寸，设计不同匝数的线圈，得到较为合理的线圈感值。对于不同的物理尺寸，我们推荐的匝数为：文件名称文件名称文件名称文件名称：：：：THM3060RF匹配电路与天线设计指南版本：0.1保密级别：MID页码页码页码页码：：：：第8页共15页物理尺寸范围（平方厘米）匝数20–40440-80380-2502表2匝数推荐表一些典型参数：物理尺寸mm匝数电感值内阻30X30（长X宽）41.1uH1.536X60（长X宽）41.85uH1.535X45（长X宽）30.9uH190X66（长X宽）31.9uH2.593X90（长X宽）21.5uH1.5R=75（圆形，半径）22uH3R=60（圆形，半径）21.5uH1.8表3典型参数表注：内阻与线圈匝数、线间距、线宽都有关系。3.2.2天线调谐天线调谐天线调谐天线调谐为获得最优的性能，天线必须进行正确的调谐。我们建议在完整的应用环境中进行天线调谐，应包括系统所有部分正确连接，天线和读卡器的PCB固定在其最后的位置上等。调谐过程可分成两个过程：第一，推算在完整应用环境中的线圈参数。第二，基于完整应用环境，得到合理的匹配网络，使系统获得最优的工作距离、最优工作稳定度。调