NFC工程师培训课件.ppt

1、1近距离无线通信(NFC)2目录NFC介绍1.同类技术介绍2.3.4.市场分析功能应用5.发展分析6.NFC基础知识7.NFC天线调试方法31.NFC介绍 NFC英文全称Near Field Communication，近距离无线通信。是由飞利浦公司发起，由诺基亚、索尼等著名厂商联合主推的一项无线技术。NFC由非接触式射频识别(RFID)及互联互通技术整合演变 而来,在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点的功能，能在短距离内与兼容设备进行识别和数据交换。什么是NFC42004年3月18日 为了推动 NFC 的发展和普及，NXP（原飞利浦导 体）、索尼和诺基亚创建了一个非赢利性非赢利性

2、的行业协会NFC论坛，旨在促进 NFC 技术的实施和标准化，确保设备和服务之间协同合作2006年6月 NXP、诺基亚、中国移动厦门分公司与“厦门易通卡”在厦门展开NFC测试，该项合作是中国首次首次NFC手机支付手机支付的测试。2006年8月Nokia与银联商务公司宣布在上海启动新的NFC测试，这是继厦门之后在中国的第二个NFC试点项目，也是全球范围首次全球范围首次进行NFC空中下载试验。NFC发展历程简介1.NFC介绍5 2007年3月，由欧盟委员会及信息社会技术(IST)项目共同投资，多家公司、大学和用户共同组织成立了泛欧联盟泛欧联盟，旨在开发开放式架构，以进一步开发和部署近距离无线通信(N

3、FC)技术，并推动其在手机中的应用。NFC发展历程简介1.NFC介绍6NFC工作原理主动模式被动模式1.NFC介绍7NFC工作原理P2P模式1.NFC介绍8主动模式（读写器模式）在主动模式下，发起者与目标设备分别使用自行产生的无线射频磁场进行通讯。1.NFC介绍9被动模式（卡模拟模式）被动模式作业，发起者发出无线射频磁场，目标设备则回应发起者所发出的命令。1.NFC介绍10P2P模式P2P模式作业，NFC手机之间可以进行数据的交换，实现点对点通信，关联应用是本地应用也可以是网络应用。该模式的典型应用有建立蓝牙连接、交换手机名片等。1.NFC介绍11目录NFC介绍1.同类技术介绍2.3.4.市场

4、分析功能应用5.发展分析12 射频识别即RFID（Radio Frequency IDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别 RFID是一种非接触式识别技术，它通过射频技术自动识别目标对象并获取相关数据 目前RFID技术应用广泛用于：图书馆，门禁系统，食品安全溯源等2.同类技术介绍RFID介绍13蓝牙介绍蓝牙，是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信蓝牙工作在全球通用是2.4GHz ISM(即工业、科学、医学）频段。蓝牙的数据速率为1Mb/s。2.同类技术介绍14红外传输介绍红外传输是一种无线通

5、讯方式，可以进行无线数据的传输红外传输不能离的太远，要对准方向，且中间不能有障碍物也就是不能穿墙而过红外线通信技术适合于低成本、跨平台、点对点数据连接2.同类技术介绍15NFCRFID蓝牙蓝牙红外传输红外传输频率13.56MHz低频125KHz到134KHz高频13.56Mhz超高频2.5Ghz2.4GHz-最大传输速率(Mbits)0.50.510.1通信距离0-20CM0-10M10M1M建立时间0.1s0.1s6s0.5s功耗低高低低成本低高高低安全性高高较高不具备技术兼容性高低低低根据以上对比NFC具有距离近、能耗低，安全性高和兼容性高等特点。同类技术对比2.同类技术介绍16目录NFC

6、介绍1.同类技术介绍2.3.4.市场分析功能应用5.发展分析17主流的手机制造商都开始支持NFC3.市场分析18支持支持NFC手机比例手机比例高端手机(3000元以上)中端手机(1000-2999元)低端手机(1000元以下)65%11%24%目前，中端手机在NFC比例最大，中端手机适合大部分用户使用3.市场分析192762323036593500761664591050050010001500200025003000350040002011201220132014所有手机NFC手机单位:台3.市场分析20具备NFC功能的设备2017年将达2亿台据ABI调查，手机支付以及其他应用程序所使用的N

7、FC短程通信技术这近年里增长迅速，到2017年，将有高达1.95亿台搭载NFC的设备上市，当然大部分将是手机。3.市场分析21目录NFC介绍1.同类技术介绍2.3.4.市场分析功能应用5.发展分析22 利用NFC技术，改变居民付款和购票的方式，真正体现NFC在商用上的价值。NFC用于智能媒体的即时下载和申请增值服务。同时运营商可以通过这个服务增加自己的收入。4.功能应用23点对点模式应用卡类模式应用阅读器模式应用安全三类模式应用4.功能应用244.功能应用25应用应用类别类别应用分类应用分类卡类模式应用卡类模式应用电子钱包卡类应用银行卡加油卡停车卡、交通卡银行磁条卡票务类应用影剧票飞机票、火车

8、票ID类应用门禁卡会员卡积分卡阅读器模式应用阅读器模式应用标签应用广告信息查询追踪溯源、防伪点对点模式应用点对点模式应用信息交换游戏优势多应用模式使用一物多用，跨行业应用4.功能应用26目前NFC主要终端应用方案全终端方案双界面卡方案贴膜卡方案4.功能应用27NFC处理器和安全模块SE集成在单芯片上。安全类应用（如银行等卡模拟类应用）加载在手机内置安全模块上，非安全类应用及其他应用安装在手机客户端上。安全模块为符合GP标准的Java卡。基带处理器和NFC处理器之间接口为SPI/Uart/I2C之一，NFC处理器和安全模块间接口为NFC-WI，SIM卡为普通SIM卡，接口保持不变，基带处理器访问

9、NFC处理器可通过SPI、NFC处理器、NFC-WI访问安全模块。不需换SIM卡，需更换手机。被Nokia、NXP等知名终端和芯片厂商支持，成为移动支付在国际上的主要标准，脱离SIM卡采用手机终端上的专用芯片支持移动支付应用和支付安全及射频接口。不占用SIM卡资源，且应用加载在手机上。该方案目前已成为中国NFC的标准模式全终端方案基带处理器基带处理器NFC NFC 处理器处理器安全模块，安全模块，可加载应用可加载应用UICC cardUICC cardNFC-WINFC-WI等等全终端方案架构图全终端方案架构图SPI/Uart/I2CSPI/Uart/I2CISO7816ISO7816NFCN

10、FC单芯片单芯片天线天线手机终端手机终端4.功能应用28真实案例三星I9300S Beam智能传输将两台I9300背靠背轻轻接触，即可通过NFC自动识别并建立连接，进而利用WiFi直接技术实现大容量文件传输4.功能应用29SIM卡采用双界面卡芯片，通过ISO7816接口与基带相连，实现电信应用。近场通信应用加载在SIM卡上天线外置，直接与SIM卡C4、C8管脚连接。天线性能易受手机后盖材质和电池的影响，且部分手机不能安装。天线在使用过程中容易损坏。无需更换手机，需更换SIM卡。将被淘汰双界面卡方案2929真实案例电信天翼羊城通电信天翼羊城通4.功能应用30贴膜卡属于智能卡的一种，由独立芯片和外

11、置天线构成。近场通信应用加载在贴膜卡上。贴膜卡通过ISO7816接口与基带和SIM卡相连。对于基本通信指令，贴膜卡直接转发给SIM卡。对于STK菜单相关指令，贴膜卡需要对指令进行判断，以选择是否透传给SIM卡。对于 贴膜卡STK应用：直接处理，不转发SIM卡。对于 SIM卡STK应用：解析、过滤后，转发给SIM卡处理。贴膜卡直接连外置天线，射频天线外置，部分手机不能安装，天线性能易受手机后盖材质的影响，天线在用户使用中容易受到损坏。无需更换手机及SIM卡。支持银行或者第三方机构独立拓展支付业务。将被淘汰贴膜卡方案3030移动手机支付移动手机支付真实案例4.功能应用313131全终端全终端双界面

12、双界面贴膜卡贴膜卡技术标准国际标准非国际标准非国际标准产业链产业链较为成熟产业链不成熟产业链不成熟，参与方少终端要求更换终端定制终端方案需更换终端天线集成方案不需更换不更换终端SIM卡要求 无需更换SIM卡需要更换SIM卡，且占用C4、C8高速管脚无需更换SIM卡支持模式卡模拟、阅读器、点对点目前，仅支持卡模拟目前，仅支持卡模拟性能不需要进行兼容性测试天线性能易受手机后盖材质和电池的影响，部分手机不能安装，天线集成方案天线易损坏天线性能易受手机后盖材质和电池的影响，部分手机不能安装，天线易损坏运营商控制力度应用加载在手机上，运营商控制力度相对弱应用可以加载在SIM卡上，运营商控制力度强应用可以

13、加载在SIM卡上，运营商控制力度强结论：由于技术成熟度、功能局限、稳定性等原因，双界面方案和贴膜卡方案宜作为结论：由于技术成熟度、功能局限、稳定性等原因，双界面方案和贴膜卡方案宜作为过渡性方案。过渡性方案。全全终端方案为主流目标方案终端方案为主流目标方案。4.功能应用32目录NFC介绍1.同类技术介绍2.3.4.市场分析功能应用5.发展分析331，目前NFC业务发展的瓶颈NFC手机终端占有量有限增值服务的丰富程度和获取的便利性不足 NFC配套外围设备的普及度（NFC用卡环境完善程度）不足 接口的标准化，技术标准，开发环境尚未完全成熟涉及的产业链较长2，目前开始NFC业务研究的优势在google

14、，apple，亚马逊，AT&T等这些产业巨头的推动下，NFC发展势头迅猛，前途光明。NFC手机从产品性质而言，可能成为互联网及物联网的纽带拥有重要的战略地位。NFC业务的发展目前处于萌芽阶段，现在进入NFC市场容易取得优势地位5.发展分析34NFCNFC产业链组成产业链组成5.发展分析356.NFC基础知识主要有以下几家公司目前主流芯片为NXP和博通其中NXP的PN547芯片使用最广泛NFC芯片366.NFC基础知识NFC电路图37NFC的天线主要是采取电磁耦合来交换数据通讯，这与手机的射频天线的原理（电磁辐射）不同，下图为两个线圈耦合示意图：从上图可以了解到，NFC Device 作为rea

15、der模式，其产生调试磁场，通过线圈式天线耦合到NFC Traget/tags/cards，耦合系数如下：耦合系数计算公式 耦合示意图 6.NFC基础知识NFC天线38天线主要结构为FPC线圈和磁片，一般铁氧体和吸波树脂两大类，采取铁氧体，具有很好导磁特性，缺点为铁氧体较厚，天线本体一般在0.2mm0.4mm，此天线整体厚度为0.25mm。(目前可以做到最薄：FPC 0.06mm+Ferrite 0.06mm)现在手机主要潮流为超薄手机厚度减低，NFC天线净空空间减少，为保证NFC正常接收距离，在天线与手机地之间增加一层磁片，磁片面积比天线面积稍大，下面为其示意图6.NFC基础知识NFC天线-

16、模组39从耦合系数公式上，可以看出耦合系数与两个线圈的半径、线圈之间距离、线圈的数量等有关系，从上可以看出与手机射频原理有很大区别，两者之间区别决定天线形式不同，下图为天线物理框架图：天线被设计成线圈形式，主要是增加通过线圈的磁 通量，增加感应灵敏度，同时作为reader模式，读 卡距离也会增加，当手机无电池状态下，做卡模式可以增强接受距 离。可是当无穷增加线圈的数量，也会降低性能，一般对线圈要求 如下：6.NFC基础知识NFC天线-线圈406.NFC基础知识NFC天线-线圈41左图所示，上面为NFC天线，其背面为金属面，灰色曲线为电磁场中的磁力线，由于天线背面为金属，所以金属上产生涡流，其磁

17、力线的方向与磁场的磁力线方向相反，如蓝色箭头所示，涡流的磁力线与本体的磁力线叠加，产生相位偏移。右图所示，则是在金属面与天线之间加入一层铁氧体，这样磁力线就沿铁氧体从侧面通过，起到导向作用，少量到达金属面，从而没有涡流现象产生。铁氧体参数主要为：磁导率和磁损耗。6.NFC基础知识NFC天线-铁氧体426.NFC基础知识NFC天线-铁氧体下表是AMOTECH的 AFS-150-R10-D产品产品基本特性和工作频率436.NFC基础知识NFC天线-铁氧体磁导率特性曲线446.NFC基础知识NFC天线-铁氧体产品组成及尺寸456.NFC基础知识NFC天线-铁氧体产品组成及尺寸467.NFC天线设计天

18、线必须满足下面所有的性能要求477.NFC天线设计天线设计/匹配步骤487.NFC天线设计线圈种类标准线圈双线圈虽然双线圈面积可以设计的更小，但由于双线圈对线圈的对称性要求很高，实际生产中很难保证，故一般很少用。497.NFC天线设计以标准天线为例芯片厂商推荐的设计规格范围DescriptionMinMaxSize500mm5000mm#turns28Copper width0.2mm2mmSpacing0.2mm2mmCopperthickness20m507.NFC天线设计具体尺寸如下描述描述值值单位单位Size30*50mmturns6Copper width0.4mmSpacing0.

19、3mmCopper height35mStep1：设计线圈并打样天线图纸517.NFC天线设计Step 2:选择磁片并组装成模组选择磁片时要考虑磁片的厚度，磁导率和磁损耗一般磁导率越高，磁损耗越低性能越好，但是价格会越贵527.NFC天线设计Step 3:天线模型参数测试将天线连接到阻抗分析仪或者网络分析仪上，测量天线的串联等效成分。根据天线的物理参数分析天线的等效电路注：所有的测试必须在天线的最终环境中进行，尤其是在靠近金属环境中，或者要加入磁片的时候。537.NFC天线设计Step 3:天线模型参数测试这一步的目的是测试出天线的等效L、R、C值串联等效电路La=0.3.3H Ca=3.30

20、pF Ra=0.1.2 fra(self-resonance frequency of the antenna)25MHzL、R、C推荐值547.NFC天线设计Step 3:天线模型参数测试557.NFC天线设计Step 3:天线模型参数测试利用网络分析仪进行测试1.校准网络分析仪的端口（开路、短路和负载），补偿夹具的损耗2.测试设置Settings:S11 Chart:Smith Z Start frequency:1 MHz Stop frequency:above self-resonance frequency of the antenna 567.NFC天线设计Step 3:天线模型

21、参数测试577.NFC天线设计Step 3:天线模型参数测试a.Rs=0.82Ohm,La=2.99 H b.Rp=18kOhm,fra=29.14MHz如下图是利用 Smith Chart 计算电路值587.NFC天线设计Step 3:天线模型参数测试597.NFC天线设计Step 3:天线模型参数测试在工作频率下的并联电路参数可以利用下面等效电路和公式计算得到607.NFC天线设计Step 4:滤波电路设计（确定L0 和C0值）滤波电路有两个作用：1.信号滤波 2.阻抗转换阻抗转换的主要特性是：1.在读模式下降低相位调制后的上升时间。2.增加接收带宽。617.NFC天线设计Step 4:滤

22、波电路设计（确定L0 和C0值）627.NFC天线设计滤波电路和匹配电路必须将天线的阻抗Zmatch(f)转换到和TX阻抗Rmatch(f)相匹配（在13.56MHz的工作频率下）。利用等效电路可以将Zmatch(f)分解到每个TX pin 各Rmatch(f)/2 Step 4:滤波电路设计（确定L0 和C0值）637.NFC天线设计Step 4:滤波电路设计（确定L0 和C0值）647.NFC天线设计计算公式如下Step 4:滤波电路设计（确定L0 和C0值）657.NFC天线设计天线呈感性天线呈容性667.NFC天线设计677.NFC天线设计687.NFC天线设计697.NFC天线设计7

23、07.NFC天线设计Step 7:匹配值验证和调整卡模式的谐振频率验证 卡模式谐振频率的测试不需要直接接触 1.对于PN547芯片在这步测试之前，必须在TX1和TX2之间短 接一个10的电阻。2.将单线圈的PCB板连接到网分上，并放置在天线的上方10mm位置。如图所示测出谐振频率PN547的卡模式谐振应该在14.5MHz到16MHz之间切记：测试完毕之后去掉短接的10电阻717.NFC天线设计Step 7:匹配值验证和调整读/写模式的匹配验证 读/写模式测试时需要将TX1和TX2连接到网分上。727.NFC天线设计Step 7:匹配值验证和调整读/写模式的匹配验证 测试结果如下图737.NFC

24、天线设计Step 7:匹配值验证和调整747.NFC天线设计Step 7:匹配值验证和调整757.NFC天线设计Step 7:匹配值验证和调整767.NFC天线设计Step 7:匹配值验证和调整777.NFC天线设计Step 7:匹配值验证和调整787.NFC天线设计Step 7:匹配值验证和调整797.NFC天线设计Step 7:匹配值验证和调整807.NFC天线设计Step 8:测试和微调PCD模式发射场强测试817.NFC天线设计发射场强测试 ISO14443标准没有详细规定具体的要求值。发射场强必须使在PICC中的场强在1.5A/m7.5A/m之间。读卡的距离由设备发射的场强能达到1.

25、5A/m的距离决定。Step 8:测试和微调PCD模式827.NFC天线设计Hmin测试将参考PICC 调到13,56MHz调整电压值，使ISO测试平台在1.5A/m的时候电压表显示6VDC再将参考PICC放在待测设备的上方，找出电压表显示6VDC时的距离Step 8:测试和微调PCD模式837.NFC天线设计Hmax测试将参考PICC 调到19MHz调整电压值，使ISO测试平台在7.5A/m的时候电压表显示3VDC再将参考PICC从不同位置靠近待测设备，确保电压表显示始终不 超过3VDCStep 8:测试和微调PCD模式847.NFC天线设计载波波形验证示波器 CH1连成一个环放在天线正上方

26、 CH2连接脉冲发生器 天线连接在脉冲发生器上Step 8:测试和微调PCD模式85867.NFC天线设计载波测试 参考PICC调到16.5MHz 参考PICC要在ISO平台校准使在1.5A/m时为3VDC 用参考PICC测试规定一个1.5A/m的位置 将PICC分别放在待测设备以下两个位置，用示波器捕捉波形。-最大读距位置（PICC规定的1,5A/m的位置）-距离为0的位置Step 8:测试和微调PCD模式877.NFC天线设计TypeA波形验证测试如下内容pulse shape timingsovershoot modulation index具体范围请参考最新版的ISO14443Step

27、 8:测试和微调PCD模式887.NFC天线设计TypeB波形验证测试如下内容pulse shape timingsovershoot modulation index具体范围请参考最新版的ISO14443Step 8:测试和微调PCD模式897.NFC天线设计Felica波形验证测试如下内容pulse shape timingsovershoot modulation index具体范围请参考最新版的 ISO14443Step 8:测试和微调PCD模式907.NFC天线设计EMVCo PCD测试（Payment reader）测试如下内容Stable communication Load modulation Field strength Step 8:测试和微调PCD模式Distance Voltage0 cm 3,1V1 cm 3,05V2 cm 3V3 cm 2,775V4 cm 2,55 V 91感谢观看