基于NFC电路使用的主要零部件

NFC是Near Field Communication（近场通信）的简称，是1种近距离无线通信。

将两个支持NFC的设备互相靠近，可以进行数据通信、认证，这项功能近年来正在急速搭载到智能手机上。
另外，在智能手表等可穿戴终端等周边设备上的搭载也在扩大。
除了多用于无现金结算、与周边设备的连接认证等场合外，还期待其能为实现无接触式社会提供更多的用途。
本报导将介绍NFC电路使用的主要零部件(NFC天线、磁性薄膜、LC滤波器用电感器、单端电路用巴伦、双电层电容器(EDLC/超级电容器))。

NFC电路使用的主要零部件

图1(a)　差分模式

 

图1(a)是NFC电路中使用的电路。

NFC的通信通过电磁感应动作，所以一般使用环形天线。
天线和NFC的控制器IC之间插入由天线匹配电路、电感器和电容器构成的LC滤波器。

另一方面，如图1(b)所示，有时也连接到单端天线上。在这种方式下，为了将单端的信号转换成差分模式，需要使用巴伦来进行模式转换。

图1(b)　单端模式

 

关于NFC天线和磁性薄膜

NFC的通信采用电磁感应方式，用天线接收来自读写器的载波后，通过IC芯片进行信息处理（图2a）。
这个天线搭载在智能手机等电子设备上时，天线附近可能有金属。
在这种情况下，由于在金属内会流过感应电流，产生与读写器产生的磁场相反的磁场，所以与来自载波的磁场相互抵消，通信距离变短，或不能通信(图2b)。
另一方面，如图2c所示，线圈和金属之间存在磁体时，因其高导磁率，具有屏蔽读写器产生的磁场的效果。这样就可以抑制金属内产生感应电流，从而保持良好的通信状态。
TDK提供在天线和金属之间粘贴的磁性薄膜，以及将磁性薄膜和天线作为一体的天线单元。

表1 NFC天线和磁性薄膜

 

系列	NFC天线 (薄型)	NFC天线 (WPC Rx 一体型)	磁性薄膜
P#	MCS series 正在开发	WR series	IFL/IBF series
产品外观图

特点	通过天线设计技术和磁性薄膜成型技术实现了比以往的产品更薄、更高的特性	与电磁感应式非接触供电线圈一体化，最适合搭载到移动设备上	在13.56MHz高导磁率、低磁力损失

 

图2　NFC天线旁边的金属和通信状态

关于NFC LC滤波器用电感器

关于LC滤波器用电感器，为了减小与天线的阻抗失配造成的损失，需要窄公差。
如表2所示，对于TDK 的MLF/MLJ系列，每一个都以J公差（±5%）备齐了产品系列。

另外，为了防止天线输出降低，抑制通信频率13.56MHz的电感器损失非常重要。
因此，交流电阻（Rac）被抑制得很低，并且，在流过电流时也要求保持低Rac。
TDK在MLJ-W系列中实现了低Rac，并且在新产品MLJ-H系列中实现了施加大电流时的低Rac。
如图3所示，在大电流领域中，MLJ1005H的Rac 被抑制得很低。
另一方面，在低电流领域中MLJ1005W 的Rac较低，因此可以根据实际使用的电流值来选择产品。

表2　NFC LC滤波器用电感器

 

系列	MLF1608D MLF1005V	MLJ1608W MLJ1005W	MLJ1005H正在开发
类型	标准	大电流 低损失	超大电流 超低损失
尺寸 [mm]	1608 / 1005	1608 / 1005	1005
L公差 [%]	+/- 5	+/- 5	+/- 5
L值 [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
电流 [mA]	70 – 200 (1608 size) 120 – 180 (1005 size)	400 – 800 (1608 size) 250 – 550 (1005 size)	480 - 950

 

图3　交流电阻vs.正弦电流 @13.56MHz

关于NFC单端电路用巴伦

巴伦（Balun）是指用于转换平衡电路（Balance）和非平衡电路（Unbalance）的元件，可以通过改变两个线圈的圈数比来转换阻抗。
面向NFC电路时，多按1:1的圈数比使用，减少13.56MHz频带的插入损失。
另外，通过TDK独有的技术，实现了产品的低背、小型化。

表3　NFC单端电路用巴伦

 

系列	ATB1610HD-20011-T06正在开发
产品外观图
尺寸 [mm]	1610
高 [mm]	0.65 max
UB/B [ohm]	20 : 20
额定电流 [mA]	400mA
特点	最适合NFC用　小型低背型

 

关于智能卡用双电层电容器（EDLC/超级电容器）

利用NFC的非接触型IC卡，最适合薄型双电层电容器(EDLC/超级电容器)。
除了能快速储存改写电子纸显示屏所需的能量，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。

图4　无电池的下一代智能卡的构成示例

 

        审核编辑：彭菁