Вопросы по rfid бустеру

[w201]

Добрый день.

Продолжаю изучать rfid метки и захотелось расширить дальность считывания. Нашел такой документ c довольно интересно выглядещей схемой. Сделал плату и, как обычно, нифига не работает. Решил более внимательно изучить схему и возникли теоретические вопросы. Может кто сможет их прояснить...

Есть такая схема:


На ее вход подается сигнал с em4095, который имеет форму

Частота 63KHz.

Дальше пошли вопросы.

1. Триггеры кое-где соединены параллельно. Насколько я понимаю для увеличения отдаваемого тока. Но все триггеры управляют MOSFET транзисторами, для которых ток в общем-то вторичен. Тогда зачем так сделано? Вообще может кто-то может сказать зачем тут применены инвертирующие триггеры?

2. В точке В. Сигнал уровня 0 поднимается (благодаря резистору R6 в 2К) до уровня ~1.6V соответственно первый же триггер не пропускает низкий уровень, т.к. его порог срабатывания около 1.6 (в зависимости от температуры). Я его заменил на 1K, что опустило сигнал до 0.5V в логическом 0 и дальше стал проходить.
Точка В после замены резистора

Что-то мне не вериться, что в схеме может быть ошибка, может чего-то не так понимаю?

3. На контакты антенны X3_ANT1 cигнал такой(щуп x10):


X3_ANT2:


Т.е. колебательный контур присутствует, но не могу понять где резонансный конденсатор. Неужели C13, C14?
Также амплитуда колебаний уж очень низкая - порядка 30Vpp, а должно быть на порядок больше. Думаю дело в резонансной емкости, которую надо бы изменить, чтобы вышли на правильную резонансную частоту.

[Джин.]

w201 писал(а):

Т.е. колебательный контур присутствует, но не могу понять где резонансный конденсатор. Неужели C13, C14?

Цитата из даташита.
Антенна представляет из себя прямоугольную рамку 100х140 мм. Количество витков 25, диаметр провода 0,28 мм. Добротность получилась 42,3
Индуктивность получилась 243,5 мкГн, что с конденсатором емкостью 6,6 нанофарад(С13 и С14 соединенные параллельно) дает резонанс на частоте 125 кГц.
Чувствительность может быть увеличена добавлением усилителя на ОУ перед выводом CDEC_IN.
----------
Конденсаторы С13 и С14 должны быть на напряжение 630 вольт.
Особо важно проверить собственный резонанс контура и если он отличается от 125 кГц, то подправить или количеством витков, или подбором емкости конденсаторов С13, С14

Джин. писал(а):

Но все триггеры управляют MOSFET транзисторами, для которых ток в общем-то вторичен.

Если бы это было так, то мы бы постоянно улыбались.

[КРАМ]

Питание усилителя 5 Вольт. Схема мостовая, поэтому амплитуда накачки контура составит 5 Вольт (именно амплитуда, а не пик2пик).
При добротности 40 амплитуда напряжения на катушке антенны будет 200 Вольт (5*40).
Тыкать в катушку щупом осциллографа бессмысленно - слетит резонанс. Для настройки резонанса нужно сделать небольшую катушку витков на 10, диаметром сантиметра 2...3 и нагрузить ее на резистор порядка 100...200 Ом. Вот с этого резистора и смотреть осциллографом сигнал, а саму катушку разместить рядом с антенной ридера (так, что бы они индуктивно были связаны: лицо в лицо близко к углу антенны ридера).
Накачка ридера импульсная (радиоимпульс - синус с прямоугольной огибающей). Фронт радиоимпульса в катушке должен выглядеть как плавно нарастающий без колебаний огибающей несущей и без падения амплитуды после фронта - только рост по экспоненте. Это и есть резонанс.
Ну либо если накачка непрерывная, придется настраивать до максимума. В резонансе коммутация ключей будет на самых верхушках синусоиды - это подпитка контура в виде ступенек скачкообразно увеличивающих амплитуду. На приведенных автором топика эпюрах коммутация смещена от амплитудных значений очень сильно.
Для настройки резонанса нужно подстраивать резонансные емкости с шагом в 50 пФ. Не больше. Лучше всего иметь коммутируемый набор емкостей 51 пФ-100пФ-200пФ-390пФ и базовую некоммутируемую емкость, которая с индуктивностью катушки и половиной диапазона регулировки (в данном случае 220 пФ) даст искомый резонанс. Или набирать суммарную емкость измерителем, желательно на частоте измерений 100 кГц. Разброс емкостей не позволит получить резонанс путем установки емкости по номиналу.
Емкости нужно брать полипропиленовые (на крайняк полиэстер). Керамика не пригодна - она модулируется напряжением.
Вот так выглядит плата в устройстве аналогичного принципа работы по накачке (это не RFID и частота в 2 раза ниже, а амплитуда накачки в 6...8 раз больше). Джамперы для настройки в резонанс, пара больших конденсаторов - это некоммутируемая часть емкости, четыре маленьких - это коммутируемый набор. Транзисторы и резисторы к делу отношения не имеют...


ЗЫ. Забыл главное. Увлекаться мощной накачкой слишком сильно не стоит. Можно спалить метку. При близком и оптимальном расположении приемного контура метки относительно антенны бустера легко получить в ней амплитуды опасные для чипа.

[w201]

Джин. писал(а):

----------
Конденсаторы С13 и С14 должны быть на напряжение 630 вольт.
Особо важно проверить собственный резонанс контура и если он отличается от 125 кГц, то подправить или количеством витков, или подбором емкости конденсаторов С13, С14

Джин. писал(а):

Но все триггеры управляют MOSFET транзисторами, для которых ток в общем-то вторичен.

Если бы это было так, то мы бы постоянно улыбались.

Не внимательно прочел, спасибо, буду подбирать резонанс. Антенну проверил, вроде должна резонировать на 147kHz, думаю подберу правильные конденсаторы и посмотрим что получиться.
Насчет мосфета и можно чуть-чуть ликбеза. Зачем большой запас п току со стороны базы MOSFET транзисторор из схемы?

[КРАМ]

Заряд затвора требует ТОКА для его рассасывания. Динамически МОСФЕТ требует тока по управлению даже больше, чем биполярный транзистор. Статически - утечка мала. У Вас динамическое устройство и время фронта обратно пропоционально току затвора и прямо пропорционально полному заряду затвора.
Чем длиннее фронт, тем выше динамическая мощность выделяемая на транзисторе.

[w201]

КРАМ писал(а):

Питание усилителя 5 Вольт. Схема мостовая, поэтому амплитуда накачки контура составит 5 Вольт (именно амплитуда, а не пик2пик).
При добротности 40 амплитуда напряжения на катушке антенны будет 200 Вольт (5*40).

Кстати а как бы измерить добротность антенны, а то индуктивность и резонанс еще описано, а вот с добротностью именно антенн не все так ясно. Я думаю не один я был бы благодарен, если бы кто-то сделал простую и понятную инструкцию. Я готов ее проверить, сделать картинки, оформить и выложить.

КРАМ писал(а):

Емкости нужно брать полипропиленовые (на крайняк полиэстер). Керамика не пригодна - она модулируется напряжением.

ЗЫ. Забыл главное. Увлекаться мощной накачкой слишком сильно не стоит. Можно спалить метку. При близком и оптимальном расположении приемного контура метки относительно антенны бустера легко получить в ней амплитуды опасные для чипа.

Супер, спасибо.
Накачка постоянная, т.к. полнодуплексный режим, так что меряю по живому

По поводу емкостей, на всех китайских и австралийских ридерах стоит керамика 0805... И так по быстрому pF емкостей не могу найти полипропиленовые....
Поставил 781pF (полиэстер+керамика) и получил вот такую картинку (x10)


Как по мне она почти идеальна, частоту в идеале хочется 134.2kHz (думаю тогда и гребенка на пике исчезнет), и размах бы побольше (300Vpp).
И еще пара вопросов. напряжение (Vpp) максимальное на антенне при резонансном резисторе ≈3.3nF. Но частота уплывает. Это означает, что антенна не совсем то что надо? Я так понял, что идеальная антенна должна давать максимальную Vpp при нужной мне частоте 134.2KHz. Если это не так, то нужно доматывать/отматывать антенну? Правильно я понимаю?

[КРАМ]

Последняя картинка почти идеальная. Ступенька лишь чуть чуть смещена от пика синусоиды.
Частота уплывает из-за керамики.
Добротность легко измерить с помощью генератора сигналов по величине полосы (0,707 от максимума). Отношение частоты резонанса к полосе по уровню 0,707 даст искомую добротность.
Можно накачивать пачкой импульсов резонансной частоты и посчитать число периодов при росте или падении фронта огибающей по уровню примерно 1/3 от максимального значения. Это число и будет равно добротности.

[w201]

КРАМ писал(а):

Последняя картинка почти идеальная. Ступенька лишь чуть чуть смещена от пика синусоиды.
Частота уплывает из-за керамики.
Добротность легко измерить с помощью генератора сигналов по величине полосы (0,707 от максимума). Отношение частоты резонанса к полосе по уровню 0,707 даст искомую добротность.
Можно накачивать пачкой импульсов резонансной частоты и посчитать число периодов при росте или падении фронта огибающей по уровню примерно 1/3 от максимального значения. Это число и будет равно добротности.

А можно на пальцах? Вот есть генератор. Ставлю синусоиду, или прямоугольный. Собираю схему какуюто (думаю кондер на 500pF паралельно антенне + между генератором и антенной еще один последовательно на 10pF+резистор, чтобы ток ограничить), буду за схему благодарен. Далее подключаю к антенне осцилограф и смотрю когда пойдет амплитуда на максимум при увеличении частоты генератора?

Или все совсем не так?

[КРАМ]

Во первых перестаньте цитировать. Вас отправят в бан.
Во вторых, подаете на вход усилителя-бустера импульсы с переменной частотой от генератора. Меняете частоту и смотрите приемной катушкой (читайте выше) некую относительную амплитуду сигнала. Находите частоту максимальной амплитуды (резонанс) и изменяете вверх частоту, пока амплитуда не упадет в 0,707 раз от максимальной. Далее находите частоту ниже резонансной с уровнем 0,707.
Разность частот с уровнем амплитуды 0,707 от резонансной амплитуды и будет полосой пропускания контура. Отношение резонансной частоты к полосе = добротности контура.
Конденсаторы ставят ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО с катушкой антенны, а не параллельно.

[w201]

Кстати а по моему второму вопросу можете высказат предположение плз.

[КРАМ]

Я не понял о чем Вы.
Измерять просто контур не имеет смысла. В добротность войдет выходное сопротивление усилителя и метрика. Измерять осциллографом катушку антенны тоже недопустимо. Емкость щупа расстроит контур.
ЗЫ. Если Вы об изменении числа витков для настройки, то это очень плохая идея. Индуктивность пропорциональна КВАДРАТУ числа витков (без учета коэффициента связи между витками отличном от 1). То есть уменьшение на 1 виток вызовет скачкообразное сильное изменение индуктивности. Отматывать часть не выйдет. По любому Вы должны получить выводы с одной стороны. Виток останется. Лучше наоборот фиксировать начало и конец и до усилителя вести витой парой. Так индуктивность будет стабильной.

Последний раз редактировалось КРАМ Чт ноя 15, 2018 17:17:02, всего редактировалось 1 раз.

[w201]

Я имел ввиду вопрос номер 2 моего изначального поста.

[КРАМ]

2 вопрос исходного сообщения требует внимательного рассмотрения схемы. Дома посмотрю. Это будет не раньше 21.00 по МСК.

[w201]

Не горит, спасибо. Кстати я тут нашел вот такой пост. И там меряют через x10 делитель напрямую с катушки и конденсатор паралельно. Насколько это плохо и/или неправильно? Насколько я понимаю для добротности частота резонанса как таковая без разницы, главное ее падение. Т.е. будет ли резонанс на X кГц или из-за щупа сместиться на Y кГц - все равно.

[КРАМ]

В общем да, но схема мостовая и измерение напряжения НА катушке приведет к заземлению одного из выходов усилителя.
Чем меньше влияет метрика на контур и схему, тем лучше. Не вижу проблем для изготовления тестовой катушки из ЛЮБОГО провода. У меня есть несколько таких из обычного МГШВ-0,5. Намотал на пластиковый стакан и закрепил изолентой.
По ссылке измеряют ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ контур. Это совершенно другая история. Там задача минимизировать шунтирующее действие источника сигнала, поэтому емкость связи делают минимальной.

[w201]

Та мне проще антенну подключить к другой схеме, чем к этой схеме бустера пытаться прикрутить генератор...

Да и мерять на бустере частоту можно прямо на em4095 у него на SLK/RDY ножке собственно частота и показывается.

[КРАМ]

Эээ, нет. Можно измерить добротность в другой схеме, только эта добротность будет другой. Потери последовательного контура включены ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО с выходным сопротивлением усилителя и суммируются с ним. Частота резонанса практически не изменится в другой схеме измерений.

[w201]

КРАМ писал(а):

Далее находите частоту ниже резонансной с уровнем 0,707.
Разность частот с уровнем амплитуды 0,707 от резонансной амплитуды и будет полосой пропускания контура. Отношение резонансной частоты к полосе = добротности контура.

Т.е. для примера.
максимум амплитуды приходится на 140.1KHz, при этом напряжение на вторичной катушке 154mV.
Далее 108.8mV получаем на частотах 139KHz и 149KHz
Тогда полоса 10KHz и добротность 140.1/10=14?

Это у посчитал неправильно, или у меня антенна гавно?

[КРАМ]

1. В третий раз повторяю. Добротность последовательного контура определяется В ТОМ ЧИСЛЕ выходным сопротивлением источника сигнала. При измерении нужно либо применять штатный источник, либо знать выходное сопротивление примененного.
Характеристическое сопротивление контура с обсуждаемыми емкостью и индуктивностью составляет примерно 200 Ом. Активное сопротивление контура и выходного сопротивления УМ = 5 Ом даст добротность 40 (200/5). если усилитель будет иметь выходное сопротивление больше на 5 Ом, добротность упадет вдвое.
2. Добротность контура RFID антенны не может превышать нормативную величину. Не в курсе как там на 125 кГц, а на 13,56 МГц добротность не может превышать 20. Прием сигнала осуществляется через этот же контур, поэтому при высокой добротности глубина модуляции будет подавлена и это уменьшит дальность, если вообще позволит что либо принять.
3. Можно увеличить амплитуду накачки без увеличения добротности, путем увеличения питания усилителя мощности.
4. Нет никакого смысла увеличивать амплитуду накачки выше оптимальных величин, потому что дело не только и не столько в накачке, сколько в КОЭФФИЦИЕНТЕ СВЯЗИ метки и антенны. Относительно мощная накачка нужна лишь для питания метки. Но при слабой связи не будет достаточной глубины модуляции, а значит и полезного сигнала.
5. Увеличить добротность катушки на обсуждаемой частоте можно, намотав ее скруткой из отдельных изолированных проводников. На частоте порядка 125 кГц диаметр каждого проводника делать более 0,2 мм нет никакого смысла из-за скин-эффекта. Полагаю достаточным скрутку из 3...5 таких проводников. На концах намотки проводники следует спаять вместе. Это и будут выводы катушки.

ЗЫ. Посчитали правильно, если нигде не ошиблись с измерениями.

[w201]

Огромное спасибо за обстоятельный ответ. Не буду врать, что все понял, так что буду читать, перечитывать ( в том числе и конспекты по ТОЭ

КРАМ писал(а):

2 вопрос исходного сообщения требует внимательного рассмотрения схемы. Дома посмотрю. Это будет не раньше 21.00 по МСК.

Не было минутки глянуть этот вопрос?