Application Note:AS3911Application Note:AS3911设计及设计及调试手册调试手册AS3911 Hardware Design and Tuning NoteAS3911 Hardware Design and Tuning NRevision 1.0page 1/22Table of ContentsTable of Contents122.12.22.333.13.23.344.14.24.34.44.5566.16.26.36.46.56.66.76.877.17.27.37.4调试环境.4AS3911 硬件设计.4电源架构.4AS3911 电路框图.4电容式唤醒与电感式唤醒.6天线设计、测量及 Q 值计算.6天线设计.6天线特性量测.7天线模型与 Q 值计算.8阻抗测量方法以及调试.9调试目标.9调试方法.9测试结果与调整匹配的方法.10增加串联电容后仿真.11增加并联电容后仿真.13单端输出到 50ohm 天线的调试.15调试相关注意事项.16电源选择.16阻抗选择与输出场强调整.16内置 VSP_RF LDO 与外部供电.16RF 接收电路电压.17TRIM 限压.17RF 波形抓取.18系统噪声太大时采取措施.18ISO14443B 调试深度.18常见问题以及解决方案.19AS3911 芯片发烫.19输出波形有过冲.20ISO14443B 卡读取问题.20灵敏度测试问题.20Revision 1.0page 2/Revision HistoryRevision History0.11.013/6/20139/8/2013Rainbow.TianRainbow.TRevision 1.0page 3/221 1调试环境调试环境进行 HF（13.56MHz）调试时需要用到的仪器清单如下：网络分析仪：分析天线特性以及谐振点的分析。
示波器：抓取 ISO14443 波形以及各种信号的分析2 2AS3911AS3911 硬件设计2.12.1电源架构AGD(模拟电源的地)VDD 输入后内部有三个 LDO 输出：VSP_D(AS3911 逻辑部分的电源)VSP_A(AS3911 模拟部分的电源)VSP_RF(AS3911 RF 输出驱动级的电源)2.22.2AS3911AS3911 电路框图AS3911 输出部分由 EMC 滤波器，匹配电路和天线组成接收回路则由电容分压组成图 1如图 2 频谱分布图，AS3911 输出由 13.56MHz 以及高频成分组成，需要 EMC 滤波电路将高频成分滤除，EMC 滤波电路一般由串联电感和并联电容组成，电感最好选择绕线电感，电感的额定电流需Revision 1.0page 4/22要 250mA 以上EMC 滤波电路截止频率可使用图 3 中的计算公式设定为 1415MHz电感可选择为 56nH1000nH，但并联电容需要重新计算来调整图 2图 3匹配电路的目的是将芯片输出经过 EMC 滤波器后与天线相匹配，即图 5 中 Z1 与 Zin 的实部相同，虚部相反图 Revision 1.0page 5/22图 52.32.3电容式唤醒与电感式唤醒电容式唤醒需要在 AS3911 CSI/CSO 引脚外部增加两个片状 PCB 来作天线，100ms 唤醒一次时平均电流在 10uA 以内，电容式唤醒的距离与片状 PCB 天线大小有关，电感式唤醒无需外部另加天线只需要使用读卡器原有天线即可实现功能，100ms 唤醒一次时可以将平均功耗降低到 100uA 左右。
3 3天线设计天线设计、设计、测量及 Q Q 值计算3.13.1天线设计图 Revision 1.0page 6/22如图 6 所示，天线的参数与线圈大小、匝数、线圈宽度、线圈之间间距以及 PCB 厚度相关AS3911 推荐使用的天线感值范围为 500nH1000nH，自谐振频率以高于 80MHz 为佳线圈匝数推荐为 13 圈需要注意的是线圈匝数越多或者线圈之间的间距越小会导致天线的自谐振频率点越低，在读卡时会导致芯片外部阻抗容易被卡片所影响，从而在读卡时增加电流影响到输出功率在天线上增加并联电阻或者串联电阻降低 Q 值后，天线的 Q 值建议调整为 30在图 7 所示的表格中，输入天线的尺寸，可以调整线圈匝数 N 来获得 500nH1000nH 之间的感值图 73.23.2天线特性量测a.设置网络分析仪的带宽为 1MHz 到 150MHz，校准网络分析仪并进行 port extension 校准到同轴电缆的顶部，校准完后未外接器件时网路分析仪上显示为开路点b.将天线与匹配线路断开，网络分析仪所接接头的信号与地（中间的为信号线，外部为地）分别焊接到天线的两端c.测量 1MHz 频率点的 S11，图 8 中的“Mark1”为 R+jX，记录 R（实部阻抗）与 X（虚部阻抗，记录下此时的电感值）。
Revision 1.0page 7/22d.测量 X=0 时对应的频率点，图 8 中的“Mark2”点即为天线的谐振频率点记录此时的实部阻抗与频率图 83.33.3天线模型与 Q Q 值计算以 AS3911 General Purpose Demo 为例，1MHz 下测量的值为 470mohm，电感值为 940nH谐振频率为 59MHz，谐振阻抗为 5Kohm按照工具天线 Q 值结果如图 9：天线的寄生电容值为 7.74pF，天线的 Q 值为 74而 Q 值必须小于 41（根据理论计算ISO14443 的传输速率为 106kbit/s 时的值），General Purpose Demo 推荐天线 Q 值采用 20，EMV Demo 推荐天线 Q 值采用 30（更高的 Q 值可以获得更高的场强与读取距离）在 General Purpose Demo 上并联电阻值计算结果为 2.2KohmRevision 1.0page 8/22图 94 4阻抗测量方法以及调试4.14.1调试目标AS3911 外部线路阻抗调试目标值为 10ohm50ohm，即在天线连接上时图 10 中 R30 与 R32 位置测的外部阻抗值。
在 AS3911 外部阻抗为 2ohm 时消耗电流最大，而在外部阻抗为 10ohm20ohm 时输出功率与消耗电流的比值最高即可以获得最高的效率因此推荐将阻抗（R+jX）匹配到R=10ohm20ohm，X=0如果调试的阻抗为 10ohm 时电流超过规格且场强高于标准，则可以尝试调高 AS3911 外部阻抗如不调整阻抗也可以调整寄存器 0 x27 来调节输出阻抗（关闭 AS3911 内部部分功放），如设定 0 x27寄存器为 0 x80 或者 0 xC04.24.2调试方法a.设定网络分析仪的带宽为 10MHz 到 20MHz 并重新校准校准网络分析仪并进行 portextension 校准到同轴电缆的顶部，校准完后未外接器件时网路分析仪上显示为开路点Revision 1.0page 9/22b.断开图 10（EMV Demo 电路图）中的 R30 与 R32，将同轴电缆的信号与地（中间的为信号线，外部包裹的为地）分别焊接到 R30 与 R32 靠近 L1 与 L2 的 pin 上c.在测试的 Smith 圆图上标记 13.56MHz 频率点图 104.34.3测试结果与调整匹配的方法下图的 Smith 圆图的标记点为 13.56MHz，如标记点的位置只有实部阻抗即位置如图 12 的标记点，阻抗匹配已经完成。
图 Revision 1.0page 10/22图 124.44.4增加串联电容后仿真如果阻抗圆图的圆比较小，与 Smith 圆图的横坐标无法重合则可以增加图 13 中的串联电容 C7 和C10 的值但是增加串联电容值后 13.56MHz 的 Mark 点会顺着阻抗圆图的顺时针方向移动，即谐振频率会由 13.56MHz 减小图 Revision 1.0page 11/22图 14如果要保证谐振频率仍然在 13.56MHz，在增加串联电容后需要减小并联电容 C5图 Revision 1.0page 12/22图 164.54.5增加并联电容后仿真如图 17 所示，增加并联电容 C5 的容值后，13.56MHz 的 Mark 点随阻抗圆图顺时针方向移动图 Revision 1.0page 13/22图 18如果需要移动 Mark 点到 13.56MHz 则可以减小串联电容 C7,C10，让谐振点频率增加图 Revision 1.0page 14/22图 205 5单端输出到 50ohm50ohm 天线的调试AS3911 可以支持两路单端输出，RFO1 输出 RFI1 接收和 RFO2 输出 RFI2 接收，如图 21，在调试时可以将 50ohm 天线替代图中 50ohm 位置接至匹配线路，AS3911 输出端接网络分析仪的信号端，并将网络分析仪的地接到板上地。
然后进行量测和调试，将输出阻抗的虚部调试至 0，实部阻抗为5ohm10ohm 时可获得较大输出功率图 21AS3911 需要通过更改寄存器 0 x00 的 bit7 与 bit6 对 RFO1 和 RFO2 进行切换图 Revision 1.0page 15/226 6调试相关注意事项6.16.1电源选择VSP_RF 电源最好不要选取 DC-DC 电源，建议选择 LDO 电源注意寄存器 01h bit7 为 5V 或者 3.3V 电源的选择，需要根据 VDD 电压来配置相应的值，如果电源接了 5V 而寄存器配置为 3.3V 会导致输出场强降低6.26.2阻抗选择与阻抗选择与输出场强选择与输出场强调整输出场强调整AS3911 差分输出时推荐芯片外部阻抗为 10ohm20ohm如果调试的阻抗为 10ohm 时电流超过规格且场强高于标准，则可以有如下方法降低场强：a.尝试调高 AS3911 外部阻抗，外部阻抗提高时会降低输出场强b.在 EMC 滤波电路之前串联 12ohm 电阻c.更改 EMC 滤波的电感，电感值提高时内阻的增加会降低输出场强，但是需要调整相应的滤波电容值d.如不调整阻抗也可以调整寄存器 0 x27 来调节输出阻抗（关闭 AS3911 内部部分功放），如设定 0 x27 寄存器为 0 x80 或者 0 xC0。
e.调整 VSP_RF 的输入电压，如 5V 供电更改为 3.3V 供电6.36.3内置 VSP_RF LDOVSP_RF LDO 与外部供电AS3911 的内置功放供电可以选择由内部输出为 VSP_RF 的 LDO（最大输出电流为 300mA）供给，或者外部电源供给如果 VSP_RF 的电流接近 300mA 则建议使用外部供电给 PA，参考图 23VDD_RF 接法如果 VSP_RF 的电流小于 200mA 则推荐使用图 24 的电源接法，VSP_RF 外只需要接去耦稳压电容即可图 Revision 1.0page 16/22图 246.46.4RFRF 接收电路电压由于接收通路内部限压 3V，所以需要量测连接至 RFI1 和 RFI2 的 VPP（峰峰值）电压，如果电压超过 3V 则需要调整图 25 的 C16,C17,C19,C24 的电容值，推荐调整至 2.5V图 256.56.5TRIMTRIM 限压天线自动调谐的 pin TRIM 限压为 30V，如果电容（图 26 C6-C13）近 TRIM pin 端电压超过 30V 则需要加上并联电容进行分压Revision 1.0page 17/22图 266.66.6RFRF 波形抓取RF 载波或者信号波形可以用示波器抓取，将示波器的探棒地与信号接在一起围成一个圈，可以探测13.56MHz 的信号强度以及波形，对信号上升下降沿的时间进行分析。
6.76.7系统噪声太大时采取措施a.寄存器 02h bit4 rx_man 选择为 1“Manual channel selection”可以提。