RC531读写器50欧姆匹配电路和天线设计资料

1 系统配置

基于RC531的读写器系统配置如图所示。对于连接到读写芯片的天线，可以有2种不同的天线供选择，取决于应用需求：

z50Ω匹配天线或

z直接匹配天线

通常，两种天线的电路是类似的，都包括以下部分：

z接收卡发送的数据的接收电路。

z滤波和阻抗传输电路，用于滤除高次谐波和优化功率传输到读卡天线。

z天线线圈的匹配电路，需要根据实际需要设计不同的天线线圈，以及选择直接或同轴电缆连接到读写芯片。

图1 系统配置

2 ISO14443A/B的射频接口

ISO14443 Type A 标准规定读写器到卡的信号是 100% ASK，Miller编码，卡到读写器的信号使用子载波OOK调制，曼彻斯特编码，子载波频率847.5 kHz。

ISO14443 Type B 标准规定读写器到卡的信号是 10% ASK，NRZ编码，卡到读写器的信号使用子载波BPSK调制，NRZ-L编码，子载波频率847.5 kHz。

Type A/B的射频接口如下表：

能量传输卡被动式

工作频率 13.56MHz

通信方式半双工，读写器主动

数据传输率 105.9KHz

数据传输双向

2.1 读写器到卡的数据传输

读写器到卡的数据传输使用半双工的通信模式，读写器主动方式。天线的Q 值将会影响数据传输，关于天线Q 值的理论计算及匹配电路元件参数的计算稍后介绍。

2.2 卡到读写器的数据传输

数据从卡传输到读写器使用负载调制的原理。由于天线调谐后天线上的电压常常几倍于电源电压，而读写器天线和卡天线属于弱耦合结构，卡产生的信号也非常小，要想检测到这么小的信号，需要一个设计良好的接收电路，因此，卡发出的信号使用子载波调制的技术，子载波负载调制使得信号更容易被接收到。子载波频率是847.5KHz 。

基带信号-106KHz 106KHz -847.5KHz

847.5KHz 子载波制后

12.71MHz 14.41MH

z 13.56MHz 载波调后

图2 卡到读写器数据的频谱

3 RC531匹配电路和天线设计

3.1 基本设计原则

RC531是一个单片的读写器IC ，设计的读写距离可以达到10cm ，不需要外加的功率放大器。有两种不同的天线和匹配电路可以选择，依赖于具体的应用。如果电缆的长度大于30mm ，则要选择50Ω匹配天线，如果电缆长度小于30mm ，则选择直接匹配天线。 直接匹配天线：能够用来构造一个紧凑的读写器系统，如安装在一个小盒子里的读写器

或手持式读写器。

50Ω匹配天线：能够很容易的解决读写器和天线之间长距离传输的问题，使用同轴电缆连接。在读写器匹配电路和天线之间用同轴电缆连接，电缆长度可以达到10米。

3.2 天线尺寸的估算

读写器可以达到的读写距离依赖于下面几个因素：

z 读写器天线的尺寸；

z 天线的匹配电路的性能；

z 周围环境的影响。

卡的能量由读写器提供，卡要达到一个可工作的能量依赖于读写器天线和卡的距离。能量的传输基于变压器的原理，描述变压器的一个重要的参数是耦合系数，这取决于读写器天线和卡天线的距离，以及天线的大小。

0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 天线半径

R(m)

读0.08

写

距

离0.06

F(R)

(m)

图3 天线半径和读写距离的关系

4 50Ω匹配天线

4.1 EMC电路

读写器的操作频率是13.56MHz，这个频率由方波振荡器产生，包含有很多高次谐波。为了达到合格的EMC标准，高次谐波必须被滤除。除了设计多层线路板改善EMC外，还必须使用低通滤波器。如图所示，低通滤波电路由L0和C0组成。

元件参数值备注

ACL3225S-T

±10% TDK

L0 1.0uH

±2% NP0材料

C0 47pF

R1 820Ω±5%

R2 2.7k

±5%

±2% NP0材料

C3 15pF

C4 100nF

±2% NP0材料

±2% NP0材料

C1 82pF

±2% NP0材料

C2a 69pF

C2b 0-30pF

1812WBT-3

T1 1:1变压器 Coilcraft

图4 50Ω匹配电路

4.2 接收电路

RC531使用内部的VMID信号作为接收电路的偏置，为了消除干扰，VMID到地还要

连接一个电容，读写器接收部分还需要在RX脚和VMID脚之间连接分压电阻，在读写天线和分压电路之间还要串联一个电容。接收电路由R1、R2、C3、C4组成。

4.3 读写器50Ω匹配电路

为了把RC531连接到50Ω同轴电缆，必须设计一个阻抗传输电路。阻抗传输电路由以下部分组成：

z EMC滤波电路；

z RC531的低阻输出到50Ω的阻抗传输；

z RC531的平衡输出脚TX1、TX2，要进行平衡到不平衡转换才能连接到同轴电缆。

设计满足这种需求的电路需要平衡变压器或者不平衡变压器，如图所示使用的是不平衡变压器。L0和C0组成EMC滤波电路，L0、C0、C1组成一个T型滤波电路，T1必须是1：1变压器，并且匹配到50Ω。

4.4 天线50Ω匹配电路

设计一个天线匹配到50Ω必须满足以下要求，首先确定线圈的形状和电感，其次设计一个阻抗传输电路，实现低阻的天线到50Ω同轴电缆的阻抗传输。另外还需要一个13.56MHz 谐振电路来在天线上产生高电压。

1、天线的等效电路

天线线圈能够看作如下的等效电路，天线线圈具有电感Lant，线圈还具有串联电阻Rant，线圈之间还有分布电容Cant。

建议使用阻抗分析仪测量天线的等效电路。这些数据能够为计算天线的品质因素（Q值）及天线调谐提供依据。

图5 天线等效电路