第1步：需要BOM，工具和技能

您將需要：

必要的工具：

烙鐵

熱風(fēng)返修工具

焊膏

助焊劑

焊錫絲

長鼻鑷子

交叉鎖定鑷子

異丙醇

一個Q-tip

一根牙簽

帶NFC的手機

Optio nal（但方便）工具：

煙霧提取器

華麗玻璃

技能：

SMD焊接技能

材料清單：

Mouser

第2步：NFC技術(shù)

什么是NFC？

NFC是近場通信的首字母縮寫。它是一種短程無線電技術(shù)，可以實現(xiàn)緊密靠近（《10 cm）的設(shè)備之間的通信。 NFC系統(tǒng)基于傳統(tǒng)的高頻（HF）RFID，工作頻率為13，56 MHz。

目前，NFC標(biāo)準(zhǔn)支持高達(dá)424 kbit/s的不同數(shù)據(jù)傳輸速率。兩個設(shè)備之間NFC通信的主要機制與傳統(tǒng)的13，56 MHz RFID相同，其中既有主設(shè)備又有從設(shè)備。主設(shè)備稱為發(fā)射器或讀寫器，從設(shè)備是標(biāo)簽或卡。

它是如何工作的？

NFC總是涉及發(fā)起者和目標(biāo)：發(fā)起者（發(fā)射器）主動生成可以為被動者供電的射頻場兩個環(huán)形天線之間使用電磁感應(yīng)的目標(biāo)（標(biāo)簽）：

發(fā)射器和標(biāo)簽的天線通過電磁場耦合，這個系統(tǒng)可以最好被視為空心變壓器，其中讀取器充當(dāng)初級繞組，標(biāo)簽作為次級繞組：通過初級線圈（發(fā)射器）的交流電在空氣中感應(yīng)出一個場，在次級線圈中感應(yīng)出電流（標(biāo)簽）。標(biāo)簽可以使用來自現(xiàn)場的電流為其自身供電：在這種情況下，在讀取和寫入模式下都不需要電池來訪問它。 NFC標(biāo)簽芯片通過其環(huán)形天線從讀取器產(chǎn)生的磁場中獲取所需的所有功率。

NFC在哪里使用？

NFC是一項不斷發(fā)展的技術(shù)，需要無線連接電子設(shè)備。 NFC已廣泛集成到智能手機中，以便與NFC兼容的物理設(shè)備進行交互，并提供非接觸式支付等新服務(wù)。

由于NFC標(biāo)簽不需要集成電源，因為它們可以通過能源供電由讀者發(fā)出的，他們可以采取非常簡單的形狀因素，如無動力標(biāo)簽，貼紙，卡甚至戒指。

我真的很喜歡NFC標(biāo)簽沒有嵌入污染按鈕單元來操作，而只使用發(fā)射器的能量。

步驟3：NFC芯片

NFC IC

NFC芯片是名片的核心。

我的要求是：

一個小型SMD軟件包

足夠的內(nèi)存用于鏈接到我的LinkedIn個人資料

嵌入式能源收集模塊

在比較幾個NFC模塊后，我選擇了恩智浦的NTAG NT3H1101 IC。根據(jù)其數(shù)據(jù)表：

“NTAG I2C是恩智浦NTAG系列的第一款產(chǎn)品，提供非接觸式和接觸式接口（見圖1）。除了無源NFC論壇兼容的非接觸式接口外，該IC具有I2C接觸接口，如果NTAG I2C由外部電源供電，則可以與微控制器通信。映射到存儲器的附加外部供電SRAM允許RF和I2C接口之間的快速數(shù)據(jù)傳輸，反之亦然，沒有EEPROM存儲器的寫周期限制.NTAG I2C產(chǎn)品具有可配置的現(xiàn)場檢測引腳，可根據(jù)RF接口的活動為外部器件提供觸發(fā).NTAG I2C產(chǎn)品還可為外部供電（低電平）功率設(shè)備（例如微控制器）通過嵌入式能量收集電路?！?/p>

步驟4：計算天線電感

要進行通信和供電，NFC標(biāo)簽必須有天線。天線設(shè)計程序從NFC芯片及其環(huán)形天線的等效模型開始：

其中：

Voc是由環(huán)形天線中的磁場引起的開路電壓

Ra是環(huán)形天線的等效電阻

La是環(huán)形天線的等效電感

Rs是NFC芯片的串聯(lián)等效電阻

Cs是NFC芯片的串行等效調(diào)諧電容

天線可以用電感器La具有非常小的損耗電阻Ra。當(dāng)環(huán)形天線中的發(fā)射器感應(yīng)出磁場時，在其中感應(yīng)出電流并且在其端子處出現(xiàn)開路電壓Voc。 NFC芯片可以通過輸入電阻器Rs和內(nèi)置調(diào)諧電容器Cs來描述。

串聯(lián)電阻器Ra和Rs對于由NFC集成電路和由NFC集成電路組成的電路的最后等效模型求和。其環(huán)形天線：

NFC IC電阻器Rs與天線電阻器Ra和內(nèi)置電容器Cs形成諧振電路RLC與電感器拉天線。有關(guān)RLC諧振電路的更多信息，請參見在線電子教程。

一系列RLC電路的諧振頻率由下式給出：

其中：

f是諧振頻率（Hz）

L是電路的等效電感（H）

C是電路的等效電容（F）

等式中唯一未知的參數(shù)是電感L的值。這個是如此孤立以便計算：

知道NFC工作頻率為13.56 MHz且NT3H1101調(diào)諧電容為50 pF，電感L計算得出：

為了在NFC頻率下產(chǎn)生共振，PCB名片天線的總電感必須為2，75μH。

步驟5：定義天線形狀：幾何計算（第一種方法）

在具有特定電感的PCB上設(shè)計環(huán)形天線是可能的，并且必須遵守幾何約束。天線可以采用各種形狀：矩形，方形，圓形，六邊形或甚至八邊形。對于每個形狀，對應(yīng)一個特定的公式，根據(jù)尺寸，匝數(shù)，軌道寬度，銅的厚度以及許多其他參數(shù)給出等效電感。..。..

在設(shè)計我的名片時，我選擇使用矩形天線，其幾何形狀如下：

其中：

a0＆amp; b0是天線的總尺寸（m）

aavg＆amp; bavg是天線的平均尺寸（m）

t是軌道厚度（m）

w是軌道寬度（m）

g是軌道之間的間隙（m）

Nant是轉(zhuǎn)數(shù)

d是軌道的等效直徑（m）

對于這個特定的幾何，等效電感Lant由下式給出：

其中：

為了簡化計算，我創(chuàng)建了一個基于Excel的計算工具，可根據(jù)不同的幾何參數(shù)自動計算天線的等效電感。這個文件為我找到了合適的天線幾何形狀節(jié)省了大量時間和精力。

我的等效電感Lant =2，76μH（足夠接近），具有以下參數(shù)：

a0 = 50 mm

b0 = 37 mm

t =34，79μm（1oz）

w = 0.3 mm

g = 0.3 mm

Nant = 5

如果您對數(shù)學(xué)和計算過敏，則存在其他方法，詳情如下腳步。通過計算來了解有關(guān)天線設(shè)計基礎(chǔ)知識的更多信息仍然很重要;）

步驟6：定義天線形狀：在線計算器（第二種方法）

在上一步中經(jīng)歷的長計算的替代方案是在線天線幾何計算器的存在。這些計算器由個人或?qū)I(yè)人員制造，旨在簡化天線的設(shè)計。由于很難驗證這些在線計算器的計算結(jié)果，因此強烈建議使用顯示所用參考和公式的計算器，或?qū)I(yè)公司開發(fā)的計算器。

STMicroelectronics在其中提供此類計算器在線應(yīng)用程序eDesignSuite幫助客戶將ST產(chǎn)品集成到他們的電路中。該計算器適用于任何采用NFC技術(shù)的應(yīng)用，因此可用于恩智浦的NFC芯片。

通過先前計算的幾何值，eDesignSuite應(yīng)用計算得到的電感為2，88μH而不是預(yù)期值2，76μH。這種差異令人驚訝，并對先前獲得的結(jié)果提出質(zhì)疑。應(yīng)用程序使用的公式是未知的，不可能與之前完成的計算進行比較。

那么，這兩種方法中的哪一種給出了正確的結(jié)果？

沒有！在線計算器和公式是用于近似結(jié)果的理論工具，但必須通過使用專門軟件和實際測試的模擬來完成，以獲得預(yù)期結(jié)果。

幸運的是，已經(jīng)模擬和測試的NFC解決方案已經(jīng)完成可供電子設(shè)計師使用，并且是下一步的主題。..。..

步驟7：定義天線形狀：開源天線（第三種方法）

為了促進NFC IC的實施，一些制造商為電子設(shè)計人員提供了完整的解決方案，例如設(shè)計指南，應(yīng)用說明甚至EDA文件。

這是NXP的情況，它為其提供NFC集成電路系列NTAG完整指南，包括NFC天線設(shè)計參考，基于excel的矩形和圓形天線計算工具，不同天線類別的gerber和Eagle文件。

類定義天線的形狀和大小因子。班級越大，天線越小。對于NFC，恩智浦建議使用“Class 3”，“Class 4”，“Class 5”或“Class 6”天線。

我決定專注于4級矩形天線，其尺寸為似乎適用于我的名片，該名片應(yīng)位于以下區(qū)域內(nèi)：

外部矩形：50 x 27mm

內(nèi)部矩形：35 x 13mm，居中于外部矩形，3mm角半徑

對于本課程，恩智浦提供由其工程師制作并已集成的天線的Eagle文件在他們的一些產(chǎn)品中。這種設(shè)計的主要優(yōu)點是它已經(jīng)被模擬，校正和完全優(yōu)化。測試方法，更正和優(yōu)化也在一個文檔中提供。

我決定使用這個開源設(shè)計作為模型，并創(chuàng)建我自己的在專用于項目的庫中實現(xiàn)它的版本。

步驟8：創(chuàng)建Eagle Librairy

為了繪制Eagle上的名片電子電路，必須使用所用組件的符號和指紋。只有天線和NFC標(biāo)簽丟失，所以我不得不創(chuàng)建它們并將它們包含在項目庫中。

我開始通過復(fù)制提供的矩形開源4類天線設(shè)計天線恩智浦我只改變了連接器的位置并將它們放在天線的長度上。然后，我將包與線圈的符號相關(guān)聯(lián)，并添加了名稱和值標(biāo)簽：

接下來，我使用數(shù)據(jù)設(shè)計了NFC芯片在其數(shù)據(jù)表中提供。我將組件的8個引腳命名，大小并放在一起，形成XQFN8封裝的1，6 * 1，6 mm封裝。最后，我將包與NTAG的符號相關(guān)聯(lián)，并添加了名稱和值標(biāo)簽：

有關(guān)Eagle庫和組件創(chuàng)建的更多信息， Autodesk在其網(wǎng)站上提供了教程。

步驟9：原理圖

電子模式的創(chuàng)建在EAGLE PCB上完成。

導(dǎo)入先前創(chuàng)建的庫“PCB_BusinessCard.lbr”后，不同的電子組件將添加到原理圖中。

NFC NT3H1101集成電路是電路中唯一的有源元件，它使用數(shù)據(jù)表中給出的引腳說明連接到無源元件：

2，75μH的環(huán)形天線連接到LA和LB引腳。

能量收集輸出VOUT用于為NFC芯片供電，因此連接到其VCC引腳。

在VOUT和VSS之間連接一個220 nF電容，以保證RF通信期間的操作。

最后，LED及其串聯(lián)電阻由VOUT供電。

LED電阻的值根據(jù)LED的參數(shù)用歐姆定律計算和供電電壓：

其中：

R是電阻（Ω）

Vcc是電源電壓（V）

Vled是LED正向電壓（V）

Iled是LED正向電流（A）

步驟10：PCB設(shè)計：底面

對于我的名片設(shè)計，我想要實現(xiàn)一些清醒的東西，但這可以表明我在生活中的創(chuàng)造力和總是有一個新的想法。我選擇了白熾燈燈泡的設(shè)計，這是一個新想法的象征，它可以照亮問題的灰色區(qū)域。我也很喜歡這樣一個事實：招聘人員很容易將我的LinkedIn個人資料與他的個人資料聯(lián)系起來電話給他的公司一個新的好主意。

我開始在矢量繪圖軟件Inkscape上設(shè)計一個輻射燈泡。繪圖導(dǎo)出為兩個BitMap文件，第一個只包含燈泡，第二個只包含光線。

回到Eagle，我使用了import-bmp ULP，用于將Inkscape生成的BitMap圖像導(dǎo)入Eagle繪圖。這個ULP生成一個SCRIPT文件，用于繪制具有相同顏色的小矩形連續(xù)像素，這些像素組合在一起，重新創(chuàng)建圖像。

燈泡的設(shè)計導(dǎo)入第22層“bPlace”并將在黑色阻焊膜上方的PCB白色絲網(wǎng)上出現(xiàn)白色絲網(wǎng)印刷。

光線的繪制在第16層“底部”導(dǎo)入，并被視為由黑色阻焊膜覆蓋的銅軌道。

將銅層用于圖像可以使用PCB厚度，從而創(chuàng)建通常在PCB上無法實現(xiàn)的紋理和色彩效果。藝術(shù)委員會可以通過這些技巧完成，并且我受到了一些藝術(shù)項目的高度啟發(fā)。

最后，我畫出了電路的輪廓并添加了我的座右銘“永遠(yuǎn)是一個新想法”。在第22層“bPlace”。

步驟11：PCB設(shè)計：頂面

作為電路板的頂面沒有任何組件，我可以自由地找到一種優(yōu)雅的方式來標(biāo)記我的經(jīng)典聯(lián)系信息：姓氏，名字，頭銜，電子郵件和電話號碼。

再一次，我玩了不同層次的PCB：我首先定義了一個部分地平面。然后，我在第29層“tStop”上導(dǎo)入了一個包含我的聯(lián)系信息的文本，該文件控制了頂面的阻焊層。地平面和“tStop”層上的文字的疊加導(dǎo)致字母出現(xiàn)在地平面上而沒有焊接掩模，使文本具有良好的閃亮金屬效果。

但為什么不把地平面放在整張名片上？

PCB上的感應(yīng)天線的布局需要特別注意，因為無線電波不能通過金屬，必須有天線上方或下方?jīng)]有銅質(zhì)平面。

以下示例顯示了一個很好的實現(xiàn)，其中能量傳輸和讀取器與NFC標(biāo)簽之間的通信是合適的，因為沒有銅平面與天線重疊。

以下示例顯示了一個不良的實現(xiàn)，其中電磁通量不能流過天線。 PCB一側(cè)的接地層阻擋了讀取器和NFC標(biāo)簽天線之間的能量傳輸：

步驟12：PCB路由

我首先將所有不同的組件放在PCB的底面上。

LED放置在燈泡燈絲上，其他組件以最謹(jǐn)慎的方式排列在燈泡底部。

將不同無源元件相互連接的電線或為了美觀原因，優(yōu)選將NFC標(biāo)簽放置在拉動燈泡的線下。

最后，天線放置在電路的底部，圍繞座右銘，并通過兩條細(xì)線連接到NFC集成電路。

PCB設(shè)計現(xiàn)已完成！

步驟13：生成Gerber文件

Gerber文件是印刷電路使用的標(biāo)準(zhǔn)文件用于描述PCB圖像的板行業(yè)軟件：銅層，阻焊膜，圖例等。..。..

無論您選擇在家制造PCB還是將制造工藝委托給專業(yè)人士，都必須從之前在Eagle上制作的PCB生成Gerber文件。

使用內(nèi)置的CAM處理器從Eagle導(dǎo)出Gerber文件非常簡單：我使用CAM文件查看包含所有設(shè)置的Seeed Fusion 2層PCB由此制造商和許多其他人使用。有關(guān)Gerber生成的更多信息可以在Seeed的網(wǎng)站上找到。

CAM處理器生成一個.zip文件“NFC_BusinessCard.zip”，其中包含與NFC名片PCB的以下層對應(yīng)的10個文件：

ComponentPackage參考數(shù)量供應(yīng)商

NFC芯片1kbXQFN-8NT3H1101W0FHKH

黃色LED0805APT2012SYCK/J3-PRV1Mouser

47Ω電阻0603CRCW060347R0FKEAC1Mouser

220 nF電容0603GRM188R70J224KA88D1Mouser的

PCB--1Elecrow

ExtensionLayer

NFC_BusinessCard .GBL底部銅

NFC_BusinessCard.GBO底部絲網(wǎng)

NFC_BusinessCard.GBP底部焊膏

NFC_BusinessCard.GBS底部焊接掩模

NFC_BusinessCard.GMLMill Layer

NFC_BusinessCard.GTLTop Copper

NFC_BusinessCard.GTOTop Silkscreen

NFC_BusinessCard.GTPTop Solder Paste

NFC_BusinessCard.GTS頂級焊接掩模

NFC_ BusinessCard.TXT鉆取文件

為了確保PCB看起來完全符合我的要求，我上傳了Gerber文件EasyEDA的在線Gerber查看器。我將主題改為黑色，表面處理為銀色，以便在制作后可視化最終設(shè)計。

我對結(jié)果非常滿意并決定繼續(xù)制造步驟。..。..

步驟14：訂購PCB

因為我想要一個品質(zhì)完成我的名片后，我將制造過程委托給專業(yè)人士。

許多PCB制造商現(xiàn)在提供極具競爭力的價格：SeeedStudio，Elecrow，PCBWay等等。..。..提示：比較價格和服務(wù)由不同的PCB制造商提供，我建議使用我覺得非常方便的PCB Shopper網(wǎng)站。

為了制作我的名片，我考慮了一個重要的細(xì)節(jié)：許多PCB制造商允許自己標(biāo)記PCB絲印上的訂單號。這個數(shù)字雖然很小，但是在PCB需要美觀時尤其煩人。例如，我在SeeedStudio訂購的1美元PCB圣誕樹上給我?guī)砹梭@喜。

根據(jù)經(jīng)驗，我知道Elecrow沒有這個壞習(xí)慣，因此我決定委托制作我的卡給這個制造商，我以4.9美元的價格訂購了10張名片，其中包括以下設(shè)置：

圖層：2層

尺寸：54 * 86 mm

不同的PCB設(shè)計：1

PCB厚度：0.6 mm （最薄的）

PCB顏色：黑色

表面處理：HASL

Castellated Hole：否

銅重量：1oz（在天線電感公式中選擇）

兩周后，我收到了完美制作的PCB，絲網(wǎng)上沒有任何惱人的訂單號。到目前為止，還有時間焊接這些電路板！

步驟15：焊接NFC芯片

NFC集成電路的手工焊接是毫無疑問，這個項目最困難的步驟之一是：1.6 * 1.6 mm的XQFN8封裝使任務(wù)變得困難但并非不可能。

我首先用牙簽取少量助焊劑，然后將其放在集成電路的占位面積上：助焊劑作為臨時膠水，可以正確放置元件。

一旦集成電路正確放置并對準(zhǔn)其占位面積，我就使用交叉鎖定鑷子將元件固定到PCB上。

然后，我拿了少量焊膏用牙簽的另一端把它放在芯片的針腳上。

我用熱空氣返修工具熔化焊膏，并將集成電路的引腳焊接到電路軌道上。結(jié)果是由于焊膏太多，一個巨大的焊球使標(biāo)簽的引腳短路。為了去除多余的焊料，我使用了傳統(tǒng)的烙鐵和助焊劑。

一旦去除了過量的焊料，就可以在助焊劑沉積物下看到元件被正確焊接。

我最后取出焊劑斑點并用Q-tip和異丙醇清洗名片。

步驟16：焊接無源元件

我開始使用0603電容焊接無源元件：焊接電容器，我首先在其墊片上放置少量焊料。然后，我用精細(xì)的鑷子接近電容器，同時用我的烙鐵保持焊料熔化。正確放置電容器后，我取下烙鐵以固化焊料。然后可以在不需要用鑷子保持電容器的情況下進行第二焊盤焊接。

我對電阻器和LED重復(fù)了相同的過程。

一旦三個無源元件，我終于去掉焊劑斑點并用Q-tip和異丙基清潔了名片醇

名片快要完成了！

步驟17：編寫NFC芯片

現(xiàn)在，名片已準(zhǔn)備好包含要通過NFC傳輸?shù)男畔ⅰτ谶@個的編程，我使用我的手機和一個應(yīng)用程序，可以使用NFC讀取和寫入標(biāo)簽，包括這個集成電路：

NFC工具是用于讀取和寫入NFC標(biāo)簽的應(yīng)用程序。適用于Android和iOS，可以免費下載：

適用于Android的NFC工具

適用于iOS的NFC工具

分步指南：

啟用NFC

- 在Android上，通過單擊快速設(shè)置菜單中的NFC圖標(biāo)或“設(shè)置”菜單中。請注意，并非所有Android手機都配備了NFC技術(shù)，盡管它通常出現(xiàn)在所有最近的手機上。

- 在iOS上，NFC Tools會自動啟用NFC。請注意，自iPhone 6以來，所有Apple手機都有NFC技術(shù)。

啟動NFC工具

在“寫入”菜單中，選擇“添加記錄”

選擇“URL”作為記錄

輸入您希望NFC傳輸?shù)逆溄?，然后單擊“確定”。

選擇“寫入”以編寫NFC標(biāo)記

在您將名片接近手機之前會顯示一個動畫圖標(biāo)

名片的LED應(yīng)亮起，圖標(biāo)應(yīng)顯示“寫完成！”

成功！名片終于準(zhǔn)備好了！

在“其他”菜單中，會出現(xiàn)一些有趣的功能，例如“復(fù)制到無限！”為了編寫很多名片，或者“鎖定標(biāo)簽”以防止重寫卡片。

第18步：結(jié)論

這個項目不僅有趣而且具有挑戰(zhàn)性，因為我想創(chuàng)造一些令我自豪的東西，這可以表明我對學(xué)習(xí)和PCB的熱情設(shè)計。

我很高興創(chuàng)建了一個電子電路及其PCB，它不僅教會了我很多關(guān)于NFC技術(shù)和天線設(shè)計的知識，而且在我的日常生活和職業(yè)生涯中也很有用。/p》

與此同時，我在LinkedIn個人資料中發(fā)布了我的名片的演示視頻，希望得到反饋和意見。結(jié)果超出了我的期望，因為這個帖子變成了病毒式的，我收到了數(shù)十個實習(xí)建議和會議邀請。感謝我?guī)в蠳FC的PCB名片，我在夢想中找到了6個月的實習(xí)經(jīng)歷！