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薄膜可變電容器的優(yōu)勢及設(shè)計

發(fā)布時間:2014-09-18 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】近年來利用13.56MHz左右頻率的近距離無線通信技術(shù)NFC,以代表性的智能手機(jī)等小型移動設(shè)備為契機(jī),逐漸向平板和PC市場以及可穿戴設(shè)備等延展開來。由于不同用途和不同地域的關(guān)系NFC通信規(guī)格的上升趨勢導(dǎo)致每個規(guī)格的最佳共振頻率范圍不同。此外,根據(jù)NFC功能(卡模擬功能、讀寫功能等)的不同最佳共振頻率范圍也不同。另外也不得不考慮NFC天線電感值的變化。因此,為了相對簡單地具備NFC的功能,共振頻率匹配裝置的必要性正在逐漸提高。
 
本產(chǎn)品是NFC的一種,使用于FeliCa應(yīng)用中,不僅可以調(diào)整NFC/FeliCa的頻率還可以作為靜電容量可變素子用于各種應(yīng)用。
 
薄膜可變電容器的優(yōu)勢及設(shè)計
圖1:NFC電容器
 
何為薄膜可變電容器?
 
所謂薄膜可變電容器是指在Si電路板上通過薄膜法形成電介質(zhì),樹脂封裝。而電介質(zhì)薄膜材料則采用了高介電常數(shù)系列的陶瓷材料鈦酸鋇(BaTiO3:以下簡稱BT)系列材料。陶瓷電容器中使用的強(qiáng)電介質(zhì)材料包含了BT系列材料等,因此當(dāng)向電介質(zhì)施加電場的時候,它具有相對介電常數(shù)變化(減少)的直流偏置特性。
 
薄膜可變電容器活用了直流偏置特性,是一種可以通過控制電壓來調(diào)整靜電容量的功能性設(shè)備。此外,通過薄膜法將電介質(zhì)層變薄,從而提升了施加于電介質(zhì)的電場強(qiáng)度,實現(xiàn)了通過低電壓獲得相對較大的靜電容量變化率的目標(biāo)。
 
另外,由于使用了高介電常數(shù)系列材料,可以通過反復(fù)施加電壓來最佳地控制電介質(zhì)的組成,例如像靜電容量值的偏差(直流偏置老化特性)、靜電容量變化的遲滯特性這樣的課題。在NFC的場合下,通過調(diào)整共振頻率的應(yīng)用確保零問題使用。
 
薄膜可變電容器的優(yōu)勢
 
以下將對NFC中共振頻率調(diào)整應(yīng)用的代表示例進(jìn)行說明。NFC是將天線跟電容器并聯(lián)的,將共振頻率調(diào)整在13.56MHz左右從而實現(xiàn)了良好的通信距離。在并聯(lián)的電容器部分中通過使用薄膜可變電容器達(dá)到以下3個優(yōu)點(diǎn)。
 
1、不管天線的電感值如何變化,都可以調(diào)整每個終端的最佳頻率。(現(xiàn)在大多是在FeliCa終端進(jìn)行)
2、隨時控制電壓,自由變化的特點(diǎn),不管是NFC通信規(guī)格還是NFC功能(卡模擬功能、讀寫功能等),都可以調(diào)整到最佳匹配狀態(tài)。
3、由于使用了薄膜可變電容器可將終端和天線每個不同的匹配電路標(biāo)準(zhǔn)化(共通)。
 
薄膜可變電容器的使用方法
 
以下介紹在NFC的匹配電路中用薄膜可變電容器調(diào)整共振頻率的3個可行方法。
 
第一,如圖2(a)所示,利用能控制電壓生成的電壓輸出DA轉(zhuǎn)換器(DAC)調(diào)整靜電容量。
 
第二,如圖2(b)所示,從NFC用IC等GPIO端口生成控制電壓來調(diào)整靜電容量。GPIO是General Purpose Input/Output的簡稱,是IC芯片提供的輸出端子的一種。特定用途和信號尚未明確,但可以根據(jù)軟件指令進(jìn)行任意的輸出變化。比如說,軟件指示為輸入“0”的話則為0V,指示為輸入“1”的話則有可能會執(zhí)行輸出3V的操作。如果利用GPIO的輸出端子的話,如果收到的是0V、3V這兩個值的輸出信號,那么執(zhí)行的操作就是通過2n的電子元件的組合來實現(xiàn)合成2n的阻抗電壓。
 
第三,如圖2(c)所示,利用脈搏波的電壓通過調(diào)整脈搏幅度(Pulse Width Modulation:以下簡稱PWM)生成控制電壓,調(diào)整靜電容量。和例2一樣,利用了NFC用IC的GPIO端口,在0V/3V2個值的信號下形成脈搏波形。
 
薄膜可變電容器的優(yōu)勢及設(shè)計
薄膜可變電容器的優(yōu)勢及設(shè)計
圖2:薄膜可變電容器調(diào)整共振頻率后的電容量

產(chǎn)品一覽
 
薄膜可變電容器的產(chǎn)品陣容如表1所示。1.3×0.9mm尺寸的LXRW19V系列、1.95×1.4mm尺寸的LXRWJFV系列已經(jīng)產(chǎn)品化。
 
靜電容量可變特性如圖3所示,當(dāng)施加控制電壓為0~3V時,配備了60~39pF范圍、30~20pF范圍的2個類型。
 
此外,LXRWJFV系列還搭載了從NFC天線端口等到NFC用IC侵入的靜電放電(ESD)的保護(hù)功能。
 
薄膜可變電容器的優(yōu)勢及設(shè)計
圖3:薄膜可變電容器的產(chǎn)品陣容
 
由于各種NFC用IC,NFC天線條件使得匹配電路的種類繁多,可以在最佳條件下應(yīng)對各種case,擴(kuò)大了靜電容量的可變范圍,同時也擴(kuò)充了靜電容量值的陣容。
 
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