【干货】NFC用电感器的选择及使用方法要点

周二, 4 六月 2019 - 15:37

近年来在手机•平板电脑等小型移动设备中搭载NFC功能的产品越来越多。NFC是近距离无线通信（Near Field Communication）的略称。利用频率13.56MHz的磁场，通过靠近专门的读/写以及搭载设备，能够简单通信的功能。（图1）

株式会社村田制作所提供NFC用电感器LQW18C系列（绕线型）和LQM18J系列（多层型）。LQM18J系列是适合NFC搭载设备的实现电气特性的新产品。
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图1 NFC使用事例
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一、NFC电路中电感器的使用

近距离无线通信广义上是指Bluetooth、Zigbee等到达距离短的无线通信。在此是指Near Field Communication的略称NFC通信。近年来，随着智能手机、平板电脑等小型移动设备中NFC对应功能的增加，预计今后这样的需求将不断增加。

NFC天线和控制IC间的代表性电路的概略图如图2所示。LC滤波器由作为天线和控制IC间的低带通滤波器组成。这个LC滤波器通过截断高频插入，只使NFC的工作频率13.56MHz的信号有效传播。

NFC电路设计时如图2电路所示使用电感器进行阻抗匹配，上述LC滤波器对阻抗匹配有影响，所以要求电感器的电感值狭窄偏差值范围在(+/-5%以内)。
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图2 NFC电路概略图
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二、NFC用电感器的选择要点

NFC用电感器中有13.56MHz的大振幅电流流入。因此，和普通匹配用电感器的选择要点有所不同。在此说明NFC电路的特征和电感器选择要点。

以往的NFC控制IC以通信时输出比较小的IC为主流。但是要安装在移动设备上，NFC用天线要进一步小型化，若电流振幅仍然很小的话，NFC通信功能会降低。因此，为了实现高NFC通信功能，要不断增加通信时输出大的IC。NFC用电感器的选择方面，即使高电流振幅，电感值也不会发生变化是非常重要的。

LQW18CNR16J00（绕线型）、LQM18JNR16J00（多层型：新）和LQB18NNR22J10（多层型：旧）的电感器的电流振幅依存性如图3所示。NFC通信时，具有约100~700mApp电流振幅的交流电流流入电感器。LQB18N在400mApp时约变成2倍的电感值，而LQW18C和LQM18J实现了即使是超过1App，电感值也不会发生变化的特性。

LQM18J不仅在通电时电感值不发生变化，而且显示出良好的NFC通信性能。如图4所示，通过NFC论坛（制定NFC标准规格•常用规格的业界团体）的通信功能试验的测量点中的红色点检测通信功能。LQW18C和LQM18J的通信功能检测结果如图5所示。在此试验中4.1V线是合格标准，可以说电压越高，NFC通信功能越好。LQM18J能够确保与LQW18C具有同等NFC通信功能。
<img alt="LQW18C、LQM18J、LQB18N相对于电流振幅的电感值的变化率比较" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="2e63987c-0d03-4670-a335-88bd9f419fc0" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE3_LQW18C%E3%80%81LQM18J%E3%80%81LQB18N%E7%9B%B8%E5%AF%B9%E4%BA%8E%E7%94%B5%E6%B5%81%E6%8C%AF%E5%B9%85%E7%9A%84%E7%94%B5%E6%84%9F%E5%80%BC%E7%9A%84%E5%8F%98%E5%8C%96%E7%8E%87%E6%AF%94%E8%BE%83.gif" />
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图3_LQW18C、LQM18J、LQB18N相对于电流振幅的电感值的变化率比较
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<img alt="NFC论坛标准的通信功能测量系统中的测量点" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="b19dfc39-f1df-4a9c-b3de-8a3987269877" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE4%20NFC%E8%AE%BA%E5%9D%9B%E6%A0%87%E5%87%86%E7%9A%84%E9%80%9A%E4%BF%A1%E5%8A%9F%E8%83%BD%E6%B5%8B%E9%87%8F%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E4%B8%AD%E7%9A%84%E6%B5%8B%E9%87%8F%E7%82%B9.gif" />
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图4 NFC论坛标准的通信功能测量系统中的测量点
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<img alt="LQW18C和LQM18J的通信功能测量结果" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="044780f1-2dab-4138-81f8-14e2d851398d" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE5%20LQW18C%E5%92%8CLQM18J%E7%9A%84%E9%80%9A%E4%BF%A1%E5%8A%9F%E8%83%BD%E6%B5%8B%E9%87%8F%E7%BB%93%E6%9E%9C.gif" />
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图5 LQW18C和LQM18J的通信功能测量结果
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三、NFC用电感器贴装时的要点

伴随着智能手机等移动设备的高机能化，电子元件的贴装密度不断上升。因为LQW18C是开磁路构造，所以磁通量会向元件周围泄漏，高密度贴装时，磁通量干扰电感器，特性有可能发生变化。因此有必要使安装在T字型的电感器之间不受电磁干扰。（图6）

新研发的LQM18J是电磁屏蔽构造，电磁不会泄漏在元件周围。因此，高密度贴装时可进行并列贴装，能够减少贴装空间。（图6）

事实上电感器间距离为200um时，LQW18C并列贴装、T字贴装，LQM18J并列贴装时的耦合系数的差异如图7所示。LQW18C并列贴装时，电感器间紧密结合，能够实现LQW18C的T字型贴装时和LQM18J并列贴装时，电感器间不耦合的状态。
<img alt="电感器贴装时的要点" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="9998e684-f9bd-446f-afa3-a07f58799696" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE6%20%E7%94%B5%E6%84%9F%E5%99%A8%E8%B4%B4%E8%A3%85%E6%97%B6%E7%9A%84%E8%A6%81%E7%82%B9.gif" />
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图6 电感器贴装时的要点
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<img alt="并列•T字贴装时的电感器间的耦合" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="fcad907c-8973-4105-8bec-c951bfca4619" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE7%20%E5%B9%B6%E5%88%97%E2%80%A2T%E5%AD%97%E8%B4%B4%E8%A3%85%E6%97%B6%E7%9A%84%E7%94%B5%E6%84%9F%E5%99%A8%E9%97%B4%E7%9A%84%E8%80%A6%E5%90%88.gif" />
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图7 并列•T字贴装时的电感器间的耦合
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四、结语

NFC电路中电感器作为匹配用，电感值的狭窄偏差规格、大振幅电流通电时的电感值的稳定性、高密度贴装要求具有与外部的电磁耦合对策的特性。多层型电感器LQM18J系列是具备这些条件的小型电感器，是能够推荐用于NFC 的电感器。