【成功案例】EFM8SB10F8G 8位MCU与微型贴片NFC天线为汽车提供最安全的钥匙系统方案
随着汽车保有量的快速增长和智能手机的快速普及，传统的汽车使用手机来解锁的需求越来越强烈。特别是最近不断出现的蓝牙钥匙，云钥匙，NFC钥匙等无线钥匙形式提升了用户体验，提升了品牌形象。特别是NFC钥匙安全等级最高，因此本文设计了一款微型的车载NFC钥匙系统。
NFC近场通信技术是由Nokia，Philips，Sony合作制定的标准 ，在ISO 18092，ECMA 340和ETSI TS 102 190框架下推动标准化，同时也兼容应用广泛的ISO 14443 、Type-A、ISO 15693、Type-B以及Felica标准非接触式智能卡 的基础架构。通常的NFC通信技术对应的天线形式是利用PCB硬板或FPC软板设计单端或差分线圈作为天线，如图1示意图所示。这种设计方法需要的天线空间比较大。
图1 NFC天线
我们设计的汽车NFC钥匙系统需要设计在汽车的门把手内，对产品的尺寸要求相当苛刻，所以选择超小型天线才能满足设计需求。该项目需要NFC钥匙系统的读卡模块包括NFC天线的尺寸限制在60mm*5mm一个矩形PCB板内。同时由于NFC钥匙系统工作在冷车状态，需要长时间的依靠电池供电，这样需要整个模块的功耗很低才行。低功耗方面我们选择了Silicon Lab公司的车规级MCU EFM8SB10F8G，这款MCU通过车规认证AEC-Q100，深度睡眠下功耗仅50nA。但是超小尺寸的NFC天线的设计和选型就成了难题。很幸运，我们在世强的官网上搜到了PREMO公司的微型NFC天线TC0502HF-00047K，这款天线是一款贴片NFC天线，尺寸最大5.2x2.4x2.7mm，工作频率13.56MHz，电感值为4.7uH。按照产品规格书提供的电感量，经过反复仿真和调试，我们最终设计了对应的匹配电路。如图2所示。
图2 NFC天线匹配电路
经过实际的样品测试我们得到天线的阻抗Smith图如图3所示，从图上看，初始的阻抗距离50欧姆比较远，如网分的Memory中浅色的Smith图所示。经过天线匹配的调试，最终得到天线在13.56MHz的阻抗为66.59欧。基本上符合NFC读卡芯片对天线的要求。
在这里介绍一下调试的思路和步骤：
1、由于NFC读卡芯片的天线输入端是差分输入，但是我们调试的矢量网络分析仪E5017A是单端输入方式。在实际调试时需要先断开NFC读卡芯片和天线的连接，使用同轴电缆的内芯和外壁分别连接匹配电路的TP8和TP9，这样测试一下初始单端阻抗。
2、然后可以使用网络分析仪的匹配仿真功能中的串联和并联电容功能，调试C16,C17,C19,C20这四个电容的值，让Smith图的阻抗接近50欧姆。调试的范围一般为10pF到100pF。
3、按照第二步的方案，把同轴电缆的内芯和外壁分别连接TP10和TP9，同样调试C25,C26,C27,C28这四个电容值，让Smith图的阻抗接近50欧姆。
4、第二步和第三步可能需要反复调试，但是基本要求是需要NFC天线和匹配电路的整体阻抗接近50欧姆。这样可以保证NFC天线和NFC读卡芯片的阻抗能够匹配起来。
最终我们利用PREMO公司的微型贴片NFC天线TC0502HF-00047K设计出了尺寸极小的NFC车载读卡模组，让汽车拥有了最安全的钥匙系统。
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品牌：SILICON LABS
品类：Switch Hall Effect Magnetic Position Sensor
价格：￥2.2924
现货：126,000
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最小起订量： 100000 提交需求>
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