PUBLIC USE

陆洋高级应用工程师,

客户应用支持部门2016年 9月

FTF-BAN-N2329

恶劣环境下如何提高NFC性能

PUBLIC USE1 PUBLIC USE1

议程• DPC = 动态功率控制

−什么是DPC?

−我们为何需要DPC?

− DPC是如何工作的?

− DPC 参数

• DPC工作前提条件- 线性相关测试

− AGC 与 ITVDD

−利用NFC Cockpit进行线性相关测试

−线性相关与非线性相关

• DPC 调校

−利用NFC Cockpit进行DPC调校

• Q&A

PUBLIC USE2

什么是DPC?

DPC

• DPC = 动态功率控制（PN5180的特性）

• 提供软件调控/限制发射电流的可能−不需要额外元器件或电路

−适应于不同天线

• 从而达到功率调控（也就是场强调控）−发射电流调控 = 场强调控

• 提供改善的天线调谐（改善的天线传输性能）−提供发射端和接收端更大灵活性

• 可以接受更大Q值天线−因为具备软件微调发射波形的特性

−从而可以拥有更大场强

• 有满足EMVCo兼容的更小天线的实现可能

PUBLIC USE3

“对称式” VS

“非对称式” 天线调谐

PUBLIC USE4

我们为什么需要DPC?

“非对称式” 调谐

• 我们推荐的标准天线调谐方式

• 可以在近场负载/失谐影响下自动限制发射电流和场强

• 非最优天线传输

“对称式” 调谐

• 新的天线调谐方式

• 提供更高发射功率和更好传输效率

• 需要近场限制发射电流/功率限制

DPC 天线标准天线

PUBLIC USE5

举例: EMVCo 要求的小天线调谐

读写距离 [cm]

电压 @ EMVCo RefPICC [V]

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

"Symmetrical" "Asymmetrical"

对称式天线调谐能提供足够场强，近场也由于DPC的帮助又不会太强而超出上限

加上一定余量的最大限值

加上一定余量的最小限值

PUBLIC USE6

PN5180: DPC是如何工作的?

PUBLIC USE7

DPC 原理: 没有 DPC 的情况下

PN5180

Rx

Tx

匹配电路 天线

负载(金属或卡片)

TVDD

ITVDD

1

1

1: 负载变大 降低匹配阻抗提高ITVDD

增加发射功率

PUBLIC USE8

DPC 原理: 有 DPC 的情况下

PN5180

Rx

Tx

匹配电路 天线

负载(金属或卡片)

TVDD

ITVDD

1

3

3

1: 负载变大 降低匹配阻抗增加 AGC 的值

2: AGC 值变大 降低 TVDD 驱动设置3: 新 TVDD 驱动设置 减小 ITVDD

降低发射功率

DPC

2

PUBLIC USE9

DPC “档位（Gear）“

场强

t

DPC_AGC_SHIFT_VALUE

0 1

最多可以定义和使用15个档位:

DPC_AGC_GEAR_LUT_SIZE = 1...15

DPC_THRSH_HIGH Gear 0

PUBLIC USE10

DPC “档位（Gear）“

场强

t

DPC_AGC_SHIFT_VALUE

0 1

每个档位的上限值必须定义！

下限值则是对应的换挡值.

DPC_THRSH_HIGH Gear 0

PUBLIC USE11

DPC “档位（Gear）“

场强

0 1

DPC_THRSH_HIGH Gear 0

t

DPC_AGC_SHIFT_VALUE

2

DPC_THRSH_HIGH Gear 1

每个档位的上限值必须定义！

PUBLIC USE12

DPC “档位（Gear）“

场强

0 1 2 3 2 1

t

DPC_AGC_SHIFT_VALUE

DPC_THRSH_HIGH

Gear 0

Gear 1

Gear 2

PUBLIC USE13

DPC “档位（Gear）“

场强

0 1 2 3 2 1

t

DPC_TIME

可以自定义采样时间(DPC_TIME)

(default = ok)

PUBLIC USE14

PN5180: DPC需要定义哪些参数?

PUBLIC USE15

1. 档位数 (DPC_AGC_GEAR_LUT_SIZE, 0x81)

− 定义档位数量 (1 Byte)

− 档位数的值: 1…15 (十进制)

2. 每档 Tx 设置 (DPC_AGC_GEAR_LUT, 0x82 … 0x90)

− 定义每档的输出功率参数

− 详见下一章节

3. AGC 上限值 (DPC_THRSH_HIGH, 0x5F … 0x7C)

− 每档都有一个 AGC 上限值 (2 Bytes) -> DPC_THRSH_HIGH

− 定义了每档 AGC的最大值

− 一旦 AGC 值大于 DPC_THRSH_HIGH， DPC 自动切换到下一个档位

哪些参数需要定义?

根据不同天线的“调校”

根据不同设备的“调整”

4. 可用于设备调整的 AGC 补偿值 (DPC_XI, 0x5C)• 1 Byte, 用于补偿产品中各器件的误差

• 实际档位限值 = DPC_THRSH_HIGH - DPC_XI

PUBLIC USE16

PN5180: DPC TX 设置(档位定义)

PUBLIC USE17

Tx 驱动设置

-150mV

-250mV

-500mV

-1.0V

TX_CW_AMP_REF2TVDD: bit 0

TX_CW_TO_MAX_RM: bit 3VTVDD

Tx 驱动

00

01

10

11

TX_CW_AMPLITUDE_RM: bit 1,2

1

03.0V

2,75V

2,5V

2.0V

00

01

10

11

1

0

PUBLIC USE18

Tx 设置: DPC_AGC_GEAR_LUT

Gear

Gear Txsetting V mA 无负载下 V @ RefPICC

0 F9 5 220 3.09

1 F1 4.85 220 3.08

2 F3 4.75 219 3.07

3 F5 4.5 213 2.99

4 F7 4 187 2.62

5 F0 2.85 141 1.85

6 F2 2.75 130 1.61

7 F4 2.5 118 1.33

8 F6 2 96 0.75

9 96 2 95 0.74

10 66 2 93 0.70

11 46 2 90 0.63

12 36 2 87 0.57

13 26 2 81 0.44

14 16 2 64 0.08

举例 举例

7 6 5 4 3 2 1 0

TX_GSN_CW_RM

TX_CW_TO_MAX_RM

TX_CW_AMPLITUDE_RM

TX_CW_AMP_REF2TVDD

PUBLIC USE19

DPC Tx 设置案例（5个档位）

LUT TVDD

Gear TX V

0 F9 5

1 F7 4

2 F0 2.85

3 F6 2

4 16 2

0

50

100

150

200

250

300

0 1 2 3 4

ITVDD vs Gear

mA unloaded mA loaded 0 mA loaded 1

ITVDD [mA]

Gear #

PUBLIC USE20

NFC Cockpit: DPC Tx 设置案例（5个档位）

输入每个档位的 Tx 设置举例:

LUT TVDD

Gear TX V

0 F9 5

1 F7 4

2 F0 2.85

3 F6 2

4 16 2

PUBLIC USE21

PN5180: DPC还需要定义什么其他参数?

PUBLIC USE22

• DPC_CONTROL, 0x59

− 起始档位 = 最高档位号

(最低发射功率设置)

还有其他什么参数需要定义?

7 6 5 4 3 2 1 0

START_GEAR

档位切换数

DPC_ENABLE

• 动态下限适应 (DPC_AGC_SHIFT_VALUE, 0x80)• DPC 使用动态下限

• 只需要定义换档切换值

• 缺省值为4 (针对 EMVCo 测试需要设为 5)

• 采样时间参数: 不需要修改

PUBLIC USE23

PN5180: DPC 线性相关性测试

PUBLIC USE24

DPC 的前提要求:

− AGC 值和 ITVDD 电流值需要线性相关

−要求使用”对称式”天线匹配，并且 L0 > Lant/2

AGC 和 ITVDD 的关系

AGC value

ITVDD current

Max 250 mA

Linearization curve

Observed AGC value

Predicted current

?

PUBLIC USE25

1. 禁用 DPC 功能 (或者启用时只用档位0) 从而发射功率最大

2. 检查 AGC 对应 ITVDD 关系 (在有负载下的相关性)

使用 RefPICC作为负载

使用金属负载

• 调整天线匹配直至两种负载下AGC的值和ITVDD电流都线性相关

• 需要保证每档位变化的AGC值至少30

DPC: 线性相关性测试

PUBLIC USE26

NFC Cockpit: 线性相关性测试

导出表格至Excel文件

NFC Cockpit 工具有相应选项方便的进行DPC线性相关性测试，并可以把测试结果导入Excel表格

PUBLIC USE27

线性相关性测试结果此示例使用标准65mmx65mm 天线

PUBLIC USE28

线性相关性测试结果示例1：

300

320

340

360

380

400

420

440

150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250

AGC versus ITVDD

Reference PICC AGC in Dec Metal AGC in Dec

成功的线性关系!Δ AGC >30

Gear 0

PUBLIC USE29

线性相关性测试结果示例2：

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

50 70 90 110 130 150 170 190 210 230 250

AGC vs ITVDD (Correlation)

Reference PICC AGC in Dec Metal AGC in Dec

参考天线负载可以产生的最大AGC

成功的线性关系

PUBLIC USE30

线性相关性测试结果示例3：非线性的相关结果

AGC = 300:

ITVDD = 160mA

ITVDD = 205mA

ITVDD = 237mA

ITVDD = 253mA

?

AGC = 350:

ITVDD = 180mA (Ref. PICC)

ITVDD = 290mA (Metal)

该天线匹配的非线性相关将无法使用DPC

导致原因: L0 太小

200

250

300

350

400

450

500

150 170 190 210 230 250 270 290

AG

C-V

alu

e

ITVDD [mA]

Metal loading RefPICC loading

PUBLIC USE31

PN5180: DPC 调校的前提条件

PUBLIC USE32

天线匹配: 调整 AGC 的值

ANT1

ANT1

RXP

RXN

Tx1

Tx2

TVSS

= GND

调整上图中圈出的接收回路上的电阻值，以达到：AGC 值 = 300dec左右无负载条件下 (全NFC模式)

AGC 值 = 600dec左右无负载条件下 (纯读卡器模式)

PUBLIC USE33

在最远读写距离下电波形调整

No „Hump“

No “Overshoot”

PUBLIC USE34

PN5180: DPC 调校

PUBLIC USE35

NFC Cockpit: DPC 调校

选择档位数量!

如果需要，清除之前在EEPROM中DPC

相关设置

PUBLIC USE36

谢谢大家参与!

PUBLIC USE38

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