NFC技术拓展多功能应用，核心被动元件起到了哪些作用？

电子发烧友网报道（文/李宁远）NFC技术已经不陌生了，日常生活中有许多NFC技术应用的实例。在这些我们熟悉的公交卡、银行卡、手机等场景已经有了很多相关技术应用的实例。
 
NFC，全称Near Field Communication，即近场通信技术。在NFC技术的支持下，两个支持NFC的终端设备可以在彼此靠近的情况下进行通信，这一无线通信距离通常限制在厘米级，进行数据通信、认证的过程十分便捷。目前NFC在全球的发展还是很值得期待的，NFC技术推动了消费类、工业、汽车和医疗中便捷配对、诊断读取、数据跟踪等应用的增长。
 
NFC技术发展与核心被动元器件
 
NFC技术共有四种工作模式，分别是卡模拟模式、点对点模式、读卡器模式和充电模式。卡模拟模式主要用于移动支付、交通以及访问控制；点对点模式即终端设备间的数据交换；读卡器则是与无源NFC标签进行通信；充电模式则是将智能手机作为充电器，为其他可穿戴设备进行充电。
 
目前标签防伪和无线充电，是最受关注的NFC技术发展的方向。标签防伪即利用在NFC芯片上添加私有数字标签/签名，为设备增加额外的安全级别，并支持标签验证，而无需云连接。而NFC的无线充电功能则通过NFC从传入的射频辐射功率传感器接口和射频传输获取能量。根据NXP无线充电报告，2018年至2021年，小型电池消费和物联网设备（适合NFC充电）的市场以22%的CAGR在增长，占全球无线充电可用市场的20%—25%，2021年NFC无线充电设备总量增长到了48亿台。
 
NFC的多功能应用得以实现，少不了在NFC电路中一些核心被动元器件的支持。在NFC电路中，主要使用的零部件有NFC天线、磁性薄膜、LC滤波器用电感器、巴伦、双电层电容器（超级电容）。这里主要关注相关被动元件滤波器用电感器和超级电容器在NFC电路中发挥的重要作用。
 
NFC中的电感特性需求
 
电感器作为移动设备类通信功能实现里必不可少的被动元器件，同样被使用于近距离无线通信的代表NFC电路中，而且在此类电路中，无线用电感器被要求具有应对独特需求的性能来满足NFC电路的高效率和小型化。
 
从NFC电路来看，NFC的通信通常使用环形天线实现电磁感应，在天线和NFC控制器IC中间，插入了由天线匹配电路、电感器和电容器构成的滤波器。在此电路中电感器被作为除去NFC控制器IC高频波的低通滤波器使用，通过截断高频插入只让NFC的工作频率13.56MHz的信号有效传播。
 
对于近距离无线用电感器，需要更窄的公差来减小电感与天线的阻抗失配造成的损失，±5%的公差是目前认可的窄公差范围。另一方面，为了防止天线输出降低，减少电感器在通信频13.56MHz的损失同样很重要。为此交流电阻也需要在无电流经过和有电流经过两种情况下尽可能抑制得很低，这样电感器才能更稳定。
 
目前，不少电感厂商专门针对NFC应用推出了专用近距离无线用电感。如村田就推出了LQM18J、LQW15C、LQW18C三个系列的NFC用电感，在高电流振幅下这几个系列的电感值也都能保持稳定，保持良好的NFC通信功能。尤其是最新的LQM18J系列，采用了电磁屏蔽构造，大幅减少了电磁泄漏，在NFC这种空间本就受限的电路中可以实现高密度贴装，并减少贴装空间，进一步契合小型化的发展趋势。
 

LQM18J系列，村田

 
TDK也推出了MLF1608D、MLF1005V、MLJ1608W、MLJ1005W窄公差系列，并根据电流大小，分别是适配了大电流领域和小电流领域的超低交流电阻电感器。MLF1608D、MLF1005V是标准的NFC用电感，MLJ1608W、MLJ1005W电感能在大电流下提供低损耗。目前TDK最新的MLJ1005H系列已经推出，并在不断拓展产品矩阵，该系列主要针对超大电流下的超低损耗而设计。
 

MLJ1005H系列，TDK

 
顺络电子也针对NFC应用推出了NFC电路专用的MCL-N系列叠层片式铁氧体电感。该系列通过采用叠层结构提供良好的磁屏蔽性能，磁体材料的改进也降低了交叉耦合提高了直流偏置能力，很契合NFC的输出滤波和匹配。同时，顺络电子也提供一系列NFC专用的定制元件。
 
在NFC设备不断增加的现在，NFC专用电感的价值会愈发凸显，是值得电感厂商抢夺的一块市场。
 
超薄超级电容的NFC应用潜力
 
NFC应用中智能IC卡占有相当大一部分比重，在无电池的下一代非接触智能IC卡中，薄型超级电容有着巨大的应用潜力。NFC中超级电容的应用同样利用了超级电容快速充放电以及可以提供瞬时功率输出的特点。轻薄的超级电容是无电池NFC卡的不二之选，除了能快速储存改写IC卡信息所需的能量，与锂离子电池等相比，其优点在于它是安全性很高的蓄电设备。
 
NFC中此类超级电容呈现出两大特点，低电阻和轻薄。轻薄的特点很容易理解，毕竟一张IC卡尺寸只有那么大，超级电容想要应用在其中必须足够轻薄。低电阻，是为了更好地应对大电流。
 
超级电容的功率密度优势是大家都知道的，能在瞬间爆发。NFC终端有很多种类，可以供给的电力也存在差异，为了在如今普及的NFC终端上顺畅地进行认证等相关动作，轻薄超级电容通过NFC线圈电磁感应产生的电流快速进行充电，蓄积起来的电能可以用于其他传感、通信等动作。
 

超薄超级电容DMH系列，村田

 
为了实现稳定的能量收集，超级电容的阻抗必须足够低，实现在不稳定的能量收集中也能进行有效地充电，超级电容这一特点在许多IoT设备现在也有应用。在小型化后，超级电容的可靠性非常重要，这就很考验厂商在超级电容材料和设计上的积累了，材料也制约了目前超级电容的上限。
 

超薄NFC应用超级电容，TDK

 
在不久的将来，由数量庞大的传感器所组成的无线传感器网络将成为万物互联的核心，应用超级电容以及超级电容和其他设备的组合是实现无电池设备互联的有效方案，NFC是其中具有代表性的用例。
 
小结
 
根据Allied Market Research的报告，2020年全球NFC支付设备市场规模已达到163.5亿美元。虽然近两年移动端等消费类市场受到了一定冲击，NFC市场也保持了较为稳定的增速。在NFC市场稳步增长的形势下，NFC专用的电感和电容等元器件能大大减低NFC电路设计难度并提升NFC性能。专用被动元器件在NFC电路中将会愈发凸显其价值，是值得被动元器件厂商发展的一个技术应用方向。