第1步：需要BOM，工具和技能

您將需要：

必要的工具：

烙鐵

熱風返修工具

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

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，可以實現緊密靠近（《10 cm）的設備之間的通信。 NFC系統基于傳統的高頻（HF）RFID，工作頻率為13，56 MHz。

目前，NFC標準支持高達424 kbit/s的不同數據傳輸速率。兩個設備之間NFC通信的主要機制與傳統的13，56 MHz RFID相同，其中既有主設備又有從設備。主設備稱為發射器或讀寫器，從設備是標簽或卡。

它是如何工作的？

NFC總是涉及發起者和目標：發起者（發射器）主動生成可以為被動者供電的射頻場兩個環形天線之間使用電磁感應的目標（標簽）：

發射器和標簽的天線通過電磁場耦合，這個系統可以最好被視為空心變壓器，其中讀取器充當初級繞組，標簽作為次級繞組：通過初級線圈（發射器）的交流電在空氣中感應出一個場，在次級線圈中感應出電流（標簽）。標簽可以使用來自現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標簽芯片通過其環形天線從讀取器產生的磁場中獲取所需的所有功率。

NFC在哪里使用？

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

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

我真的很喜歡NFC標簽沒有嵌入污染按鈕單元來操作，而只使用發射器的能量。

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。根據其數據表：

“NTAG I2C是恩智浦NTAG系列的第一款產品，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接口之間的快速數據傳輸，反之亦然，沒有EEPROM存儲器的寫周期限制.NTAG I2C產品具有可配置的現場檢測引腳，可根據RF接口的活動為外部器件提供觸發.NTAG I2C產品還可為外部供電（低電平）功率設備（例如微控制器）通過嵌入式能量收集電路。“

步驟4：計算天線電感

要進行通信和供電，NFC標簽必須有天線。天線設計程序從NFC芯片及其環形天線的等效模型開始：

其中：

Voc是由環形天線中的磁場引起的開路電壓

Ra是環形天線的等效電阻

La是環形天線的等效電感

Rs是NFC芯片的串聯等效電阻

Cs是NFC芯片的串行等效調諧電容

天線可以用電感器La具有非常小的損耗電阻Ra。當環形天線中的發射器感應出磁場時，在其中感應出電流并且在其端子處出現開路電壓Voc。 NFC芯片可以通過輸入電阻器Rs和內置調諧電容器Cs來描述。

串聯電阻器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。其環形天線：

NFC IC電阻器Rs與天線電阻器Ra和內置電容器Cs形成諧振電路RLC與電感器拉天線。有關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調諧電容為50 pF，電感L計算得出：

為了在NFC頻率下產生共振，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上設計環形天線是可能的，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，對應一個特定的公式，根據尺寸，匝數，軌道寬度，銅的厚度以及許多其他參數給出等效電感。..。..

在設計我的名片時，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是轉數

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，我創建了一個基于Excel的計算工具，可根據不同的幾何參數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：

a0 = 50 mm

b0 = 37 mm

t =34，79μm（1oz）

w = 0.3 mm

g = 0.3 mm

Nant = 5

如果您對數學和計算過敏，則存在其他方法，詳情如下腳步。通過計算來了解有關天線設計基礎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專業人員制造，旨在簡化天線的設計。由于很難驗證這些在線計算器的計算結果，因此強烈建議使用顯示所用參考和公式的計算器，或專業公司開發的計算器。

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

通過先前計算的幾何值，eDesignSuite應用計算得到的電感為2，88μH而不是預期值2，76μH。這種差異令人驚訝，并對先前獲得的結果提出質疑。應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果？

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

幸運的是，已經模擬和測試的NFC解決方案已經完成可供電子設計師使用，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計人員提供了完整的解決方案，例如設計指南，應用說明甚至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，該名片應位于以下區域內：

外部矩形：50 x 27mm

內部矩形：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品中。這種設計的主要優點是它已經被模擬，校正和完全優化。測試方法，更正和優化也在一個文檔中提供。

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

步驟8：創建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標簽丟失，所以我不得不創建它們并將它們包含在項目庫中。

我開始通過復制提供的矩形開源4類天線設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聯，并添加了名稱和值標簽：

接下來，我使用數據設計了NFC芯片在其數據表中提供。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的符號相關聯，并添加了名稱和值標簽：

有關Eagle庫和組件創建的更多信息， Autodesk在其網站上提供了教程。

步驟9：原理圖

電子模式的創建在EAGLE PCB上完成。

導入先前創建的庫“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，它使用數據表中給出的引腳說明連接到無源元件：

2，75μH的環形天線連接到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及其串聯電阻由VOUT供電。

LED電阻的值根據LED的參數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設計：底面

對于我的名片設計，我想要實現一些清醒的東西，但這可以表明我在生活中的創造力和總是有一個新的想法。我選擇了白熾燈燈泡的設計，這是一個新想法的象征，它可以照亮問題的灰色區域。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上設計一個輻射燈泡。繪圖導出為兩個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像素，這些像素組合在一起，重新創建圖像。

燈泡的設計導入第22層“bPlace”并將在黑色阻焊膜上方的PCB白色絲網上出現白色絲網印刷。

光線的繪制在第16層“底部”導入，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，從而創建通常在PCB上無法實現的紋理和色彩效果。藝術委員會可以通過這些技巧完成，并且我受到了一些藝術項目的高度啟發。

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

步驟11：PCB設計：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雅的方式來標記我的經典聯系信息：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”上導入了一個包含我的聯系信息的文本，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致字母出現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沒有銅質平面。

以下示例顯示了一個很好的實現，其中能量傳輸和讀取器與NFC標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，其中電磁通量不能流過天線。 PCB一側的接地層阻擋了讀取器和NFC標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，優選將NFC標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，并通過兩條細線連接到NFC集成電路。

PCB設計現已完成！

步驟13：生成Gerber文件

Gerber文件是印刷電路使用的標準文件用于描述PCB圖像的板行業軟件：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人士，都必須從之前在Eagle上制作的PCB生成Gerber文件。

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

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

ComponentPackage參考數量供應商

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

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計。

我對結果非常滿意并決定繼續制造步驟。..。..

步驟14：訂購PCB

因為我想要一個品質完成我的名片后，我將制造過程委托給專業人士。

許多PCB制造商現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網站。

為了制作我的名片，我考慮了一個重要的細節：許多PCB制造商允許自己標記PCB絲印上的訂單號。這個數字雖然很小，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圣誕樹上給我帶來了驚喜。

根據經驗，我知道Elecrow沒有這個壞習慣，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，其中包括以下設置：

圖層：2層

尺寸：54 * 86 mm

不同的PCB設計：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。結果是由于焊膏太多，一個巨大的焊球使標簽的引腳短路。為了去除多余的焊料，我使用了傳統的烙鐵和助焊劑。

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

現在，名片已準備好包含要通過NFC傳輸的信息。對于這個的編程，我使用我的手機和一個應用程序，可以使用NFC讀取和寫入標簽，包括這個集成電路：

NFC工具是用于讀取和寫入NFC標簽的應用程序。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，通過單擊快速設置菜單中的NFC圖標或“設置”菜單中。請注意，并非所有Android手機都配備了NFC技術，盡管它通常出現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。

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傳輸的鏈接，然后單擊“確定”。

選擇“寫入”以編寫NFC標記

在您將名片接近手機之前會顯示一個動畫圖標

名片的LED應亮起，圖標應顯示“寫完成！”

成功！名片終于準備好了！

在“其他”菜單中，會出現一些有趣的功能，例如“復制到無限！”為了編寫很多名片，或者“鎖定標簽”以防止重寫卡片。

第18步：結論

這個項目不僅有趣而且具有挑戰性，因為我想創造一些令我自豪的東西，這可以表明我對學習和PCB的熱情設計。

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

與此同時，我在LinkedIn個人資料中發布了我的名片的演示視頻，希望得到反饋和意見。結果超出了我的期望，因為這個帖子變成了病毒式的，我收到了數十個實習建議和會議邀請。感謝我帶有NFC的PCB名片，我在夢想中找到了6個月的實習經歷！