基於TRF7970A的NFC讀寫器天線設計、自制及其匹配
TRF7970A是用於13.56MHz RFID/NFC近場通信系統的模擬射頻前端和數據幀元件,可選擇工作在三種狀態下:RFID/NFC閱讀器,NFC對等和模擬卡片模式。器件工支持NFC標准 ISO/IEC 18092和 ISO/IEC 21481,完全集成了ISO15693, ISO15693, ISO18000-3, ISO14443A/B 。在本文中，我們選用TRF7979A評估板模塊作為讀寫器端。模塊上集成了MSP430F2370MCU和TRF7970A及其天線，可以十分方便的實現有關功能，且評估板上也預留外接天線，為以后自制天線留下基礎。其引腳圖如下所示：
讀寫器模塊部分是采用的50Ω標准阻抗匹配方式。評估板的板載天線比較小，因此需要自制天線。在使用時將TRF7970A模塊上的SMA（Sub Miniature version A，高頻連接器）接口焊上SMA插座即可以使用SMA射頻線連接到自制的天線匹配網絡，這如果之后還想改變天線來使得通信距離更穩定更遠時，僅僅需要改變天線后面的匹配電路。自制天線采用三元件50Ω匹配法。
（1）確定天線尺寸
在確保輸出功率的情況下，天線面積越大越好，但是TRF7970A在5-V工作時被限制在200mW。如果天線太大，那么TRF7970A的功率就會被限制在200mW。此時將不能正常的驅動天線，會出現讀孔。
在設計NFC/HF RFID天線時，要仔細考慮線圈在最終的天線上的位置。機械封裝，並確保天線線圈遠離金屬。因為NFC/HF RFID是基於磁場的，任何靠近天線線圈的金屬都會有阻尼作用 對天線的影響。當天線線圈被阻尼時，電感量會發生變化，而這種變化導致中心頻率偏離13.56 MHz，從而對天線的調諧產生負面影響。故本文將在12cm*18cm洞洞板上繞2圈線圈，作為自制天線。
（2）為串聯和並聯電容預留焊盤
這允許在天線調諧過程中對電容值進行更精細的調整，因為當試圖優化中心頻率或帶寬時，標准值電容通常不能提供足夠精確的變化。因此在自制天線的洞洞板上也要預留一定的空間為更精准的調諧。
（3）布置SMA（次微型版本A）或u.FL（射頻同軸）連接器的焊盤。
對於PCB天線，為了能夠輕松地調整和驗證天線，建議在SMA或u.FL連接器上焊接焊盤，以便為網絡分析儀工具提供天線線圈和匹配網絡的通道。墊子應該放在TRF7970A阻抗匹配的50-Ω點和天線匹配網絡之間。在TRF7970A評估板上已預留SMA插座，將SMA插座也置於自制天線一端，后續調試便可通過SMA的射頻連接線來連接兩端
3. 使用0-Ω的電阻來隔離匹配網絡。
為了隔離匹配網絡和TRF79xxA發射機匹配電路的其他部分，可以在匹配網絡之間放置一個0-Ω的電阻。將電阻器置於50-Ω匹配的最后一個元件和用於網絡分析儀接入的連接器之間。
（4）天線至50Ω的三元件匹配
當調整高頻RFID應用的天線時，第一步是測量自制天線線圈的電感和復阻抗。讀寫器天線采用采用自制矩形線圈天線，設計時天線直徑取10cm，使用aimo meter-ESR01 LCR測試儀測得時電感值為1.37μH，直流阻抗值為0.48，計算在13.56MHz交流阻抗為:
對於大多數應用，當應用包括使用ISO14443A（NFC類型A）、ISO14443B（NFC類型B）或FeliCa™（NFC類型F）技術時，7至10的Q因子是合適的。
對於只使用ISO15693（NFC V型）技術的應用，Q因子可以顯著提高，因為邊帶不需要這么寬的帶寬。高達18的Q因子可以提供很好的讀取范圍性能，應被視為上限。故在本應用中，經過測試，選擇Q=17時具有比較好的調諧效果。要開始在匹配網絡上放置元件，應使用所需的Q因子來估計並聯電阻的值。
故可以采用20k的並聯電阻
既然知道了電感和復阻抗，下一步就是用Smith Chart仿真軟件進行仿真調諧。下面的例子使用的是Fritz Dellsperger公司生產的Smith V3.1軟件。
打開Smith3.10軟件，使用keyboard輸入線圈電感和線圈實部和虛部的值。
圖1 在史密斯圓環上輸入復阻抗
此時可看到此時在Smith圓上的初始位置與此時匹配電路原理圖
圖2 史密斯圓圖初始圖
在史密斯模擬器上布置元件時，推薦的順序是：並聯電容、並聯電阻和串聯電容。放置並聯電容，應使數據點靠近半球，在62.7。
圖3 在史密斯圓環上加入並聯電容
現在的目標是通過添加並聯電阻，使數據點向加粗的紅圈靠攏 。我們已經計算出實現該目標的並聯電阻，並在史密斯圖模擬器中使用該值。
如果需要的話，調整並聯電容值可以使數據點更接近加粗的紅圈。
圖4 在史密斯圓環上加入並聯電阻
見上圖，我們將並聯電阻設為2000Ω，這是我們已經計算的。這個值是針對所需的應用要求，所以不需要在模擬圖上對任何一個組件進行調整。
隨着最后一個串聯電容放置，數據點現在幾乎是中心的50-Ω點（見圖）的史密斯圖。最終使用的值是Cp = 62.7 pF，Rp = 2000 Ω，Cs = 38.9 pF。如下圖所示：
圖5 在史密斯圓環上加入串聯電容
現在，理論匹配已經完成，我們需要在洞洞板上進行自制天線，如下圖所示
