Solution Guide Gesamtlösungen für NFC-Schaltungen

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Gesamtlösungen für NFC-Schaltungen
NFC steht für Near Field Communication, eine Form der kurzdistanzigen drahtlosen Kommunikation.
Geräte mit NFC-Funktionalität können Datenübertragung und Authentifizierung durch einfaches Annähern aneinander ausführen. Diese Funktion wird zunehmend rasch in Smartphones integriert.
Darüber hinaus wird deren Anwendung auf Peripheriegeräte wie beispielsweise tragbare Geräte wie Smartwatches erweitert.
NFC wird breitflächig in bargeldlosen Zahlungstransaktionen sowie zur Verknüpfung und Authentifizierung von Peripheriegeräten eingesetzt. Es birgt ein breites Anwendungspotenzial für die Verwirklichung einer berührungsfreien Gesellschaft.
Dieser Artikel stellt die Hauptkomponenten vor, die in NFC-Schaltkreisen zum Einsatz kommen, darunter NFC-Antennen, magnetische Folien, Induktoren für LC-Filter und Baluns für Einseiten-Schaltungen.

Hauptkomponenten in NFC-Schaltkreisen

Abbildung 1(a) Differentialmodus

Abbildung 1(a)

Eine in einer NFC-Schaltung verwendete Schaltung ist in Abbildung 1(a) dargestellt.

Die NFC-Kommunikation arbeitet mit einem elektromagnetischen Induktionsverfahren, weshalb im Allgemeinen Schleifenantennen verwendet werden.
Eine Antennenanpassungsschaltung und ein LC-Filter, die aus einer Induktionsspule und einem Kondensator bestehen, werden zwischen der Antenne und dem NFC-Steuer-IC eingefügt.

Wie in Abbildung 1(b) dargestellt, wird jedoch in einigen Fällen eine Single-End-Antenne angeschlossen. Bei diesem Format wird das Single-End-Signal in den Differenzmodus umgewandelt, so dass zur Durchführung der Modusumwandlung ein Balun verwendet werden muss.

Abbildung 1(b) Single-End-Modus

Abbildung 1(b)

Informationen zu NFC-Antennen und magnetischen Folien

Die NFC-Kommunikation verwendet ein elektromagnetisches Induktionsverfahren, und wenn die Antenne eine Trägerwelle von einem Lese-/Schreibgerät empfängt, führt ein IC-Chip die Signalverarbeitung durch (Abbildung 2a).
Wenn diese Antenne in ein elektronisches Gerät, wie z.B. ein Smartphone, eingebaut ist, kann sich in der Nähe der Antenne Metall befinden.
In diesem Fall fließt in dem Metall ein induzierter Strom und es wird ein Magnetfeld erzeugt, das dem vom Lese-/Schreibgerät erzeugten Magnetfeld entgegengesetzt ist. Dadurch wird das Magnetfeld von der Trägerwelle aufgehoben, was die Kommunikationsentfernung verkürzt und eine Kommunikation unmöglich macht (Abbildung 2b).
Wie in Abbildung 2c dargestellt, hat die hohe Permeabilität, wenn magnetisches Material zwischen der Spule und dem Metall vorhanden ist, den Effekt, dass der vom Lese-/Schreibgerät erzeugte magnetische Fluss begrenzt wird. Infolgedessen kann die Erzeugung des induzierten Stroms im Metall eingeschränkt werden, und es können gute Kommunikationsbedingungen aufrechterhalten werden.
TDK bietet magnetische Bleche zur Installation zwischen der Antenne und dem Metall sowie Antenneneinheiten, die das magnetische Blech und die Antenne integrieren.

Tabelle 1. NFC-Antenne und Magnetblech
NFC-Antenne
(Dünner Typ)
Integrierter NFC-Chip NFC-Antenne
(integrierter Typ WPC Rx)
Magnetfolie für NFC
Serie MCS Serie In Entwicklung WCT series WR Series IFL/IFQ/IBQ/WCF/IFW series
Produkt-Außenansicht
Merkmale Durch die Einbettung der Antennenspule in eine Magnetfolie haben wir eine Dicke von weniger als 100 µm erreicht Integriert in die berührungslose Ladespule, was zur Platzersparnis beiträgt Komponenten, die sich ideal für den Einbau in mobile Geräte eignen, werden durch die Integration einer drahtlosen Energieübertragungsspule vom Typ elektromagnetische Induktion geschaffen. Hohe Permeabilität und geringer magnetischer Verlust bei 13,56 MHz
Abbildung 2. Kommunikationsstatus, wenn sich Metall in der Nähe der NFC-Antenne befindet
Abbildung 2. Kommunikationsstatus, wenn sich Metall in der Nähe der NFC-Antenne befindet

Details zu Induktoren für NFC-LC-Filter

Induktoren für LC-Filter müssen enge Toleranzen erzeugen, um Verluste durch Impedanzfehlanpassung mit der Antenne zu reduzieren.
Wie in Tabelle 2 dargestellt, handelt es sich bei den MLF/MLJ-Serien von TDK um Produktreihen mit J-Toleranzen (± 5 %).

Um eine Abnahme der Antennenleistung zu verhindern, ist es auch wichtig, den Induktionsverlust bei 13,56 MHz, der Kommunikationsfrequenz, zu kontrollieren.
Dazu ist es notwendig, dass der Wechselstromwiderstand (Rac) niedrig gehalten wird und dass auch bei Stromzufuhr ein niedriger Rac-Wert beibehalten wird.
Die MLJ-W-Serie von TDK erreicht einen niedrigen Rac, während die neue MLJ-H-Serie auch dann einen niedrigen Rac erreicht, wenn ein großer Strom angelegt wird.
Wie in Abbildung 3 zu sehen ist, bleibt der Rac des MLJ1005H auch im Hochstrombereich niedrig.
Auf der anderen Seite ist der Rac des MLJ1005W im Niedrigstrombereich niedrig, und das optimale Produkt kann in Abhängigkeit von den tatsächlich verwendeten Stromwerten ausgewählt werden.

Tabelle 2. Induktoren für NFC LC-Filter
Serie MLF1608D
MLF1005V
MLJ1608W
MLJ1005W
MLJ1005HNeues Produkt
Art STD Hochstrom
Low Loss (Geringer Verlust)
erhöhte Spannung (Hochstrom)
Super Low Loss (Supergeringer Verlust)
Größe [mm] 1608 / 1005 1608 / 1005 1005
L Toleranz [%] +/- 5 +/- 5 +/- 5
L-Wert [uH] 0.10 – 0.82 (1608 size)
0.10 – 0.56 (1005 size)
0.10 – 0.56 (1608 size)
0.075 – 0.56 (1005 size)
0.056 - 0.20
Aktuell [mA] 70 – 200 (1608 size)
120 – 180 (1005 size)
400 – 800 (1608 size)
250 – 550 (1005 size)
480 - 950
Abbildung3. Wechselstromwiderstand gegen Sinuswellenstrom bei 13,56 MHz
Abbildung3. Wechselstromwiderstand gegen Sinuswellenstrom bei 13,56 MHz

Informationen zu Baluns für NFC-Einseiten-Schaltungen

Ein Balun ist ein Element, das zum Umschalten zwischen einer symmetrischen Schaltung und einer unsymmetrischen Schaltung verwendet wird. Es ist auch möglich, die Impedanz durch Änderung des Windungsverhältnisses zweier Spulen umzuwandeln.
Baluns, die in NFC-Schaltungen verwendet werden, haben oft ein Windungsverhältnis von 1:1 und halten die Einfügungsdämpfung im 13,56 MHz-Band gering.
Die proprietäre Technologie von TDK ermöglicht schlankere und kompaktere Produkte.

Tabelle 3. NFC-Single-End Schaltungs-Balun
Serie ATB1610HD-20011-T06
Produkt-Außenansicht
Größe [mm] 1610
Höhe [mm] 0.65 max
UB/B [ohm] 20 : 20
Bemessungsstrom [mA] 400mA
Merkmale Kompakter, kostengünstiger Typ, ideal für den NFC-Einsatz