NFC无线充电系统解决方案介绍 NFC控制器RF20的特性分析

高级半导体解决方案领导厂商瑞萨电子株式会社（TSE：6723）开发出了近场通信（NFC）[注释1]无线充电系统，可摆脱充电电源线，提高系统效率。瑞萨提供构建此系统所需的重要元件：NFC微控制器（MCU）RF20、电源发射控制ICR2A45801和电源接收控制IC R2A45701。瑞萨也提供配套无线充电系统的外围分立器件（例如功率半导体器件）。

无线充电在智能手机等产品中流行起来。它极大方便了便携式产品充电过程，让电源线和连接器变得多余。现有无线充电系统通常是通过两个天线的耦合来实现，一个用于接收功率，另一个用于发射功率，因此两个天线间的耦合距离和组合对充电效率有很大影响。这样的无线充电系统严重限制了有效充电区域，而发射和接收天线耦合距离也极大地降低了产品设计自由度。

瑞萨NFC无线充电技术将充电区拓宽到了10cm。它整合了现有的NFC MCU技术，利用NFC天线实现了采用单个RX天线进行NFC通信和无线充电，从而提高了稳定性，同时降低了接收器设计材料成本。为了让开发人员能够更轻松地将该系统整合到移动器件内，瑞萨利用成熟的技术开发出了NFC MCU、功率接收控制IC和功率发射控制IC。这些新产品是实现无线充电系统所需的主要元件，瑞萨将它们作为完整解决方案提供。

瑞萨无线充电系统的主要特性
NFC无线充电系统解决方案让充电摆脱了对电线的依赖，通过融合NFC和无线充电技术将无线连接带上一个更加灵活的崭新的水平上。系统的主要特性如下：

1）通过具有NFC功能的单个天线实现了功率发射和数据接收
具有其它短程通信功能的传统无线功率接收器需要两个天线，一个用于发射数据，另一个用于接收功率。在基于NFC的系统中，接收器采用单个天线，从而实现了更小巧、更轻薄的移动手持设备的设计。

2）利用NFC拓宽了充电区
采用NFC的专有技术将充电区拓宽到了10cm左右，从而能够构建一个相对不受位置偏差影响的无线充电系统。移动手持设备功率接受端的灵活性实现了手持设备和功率发射端的灵活性设计。

3）能够构建安全性更高的无线充电系统
NFC支持双向通信，因此能够在供电开始之前确定是否可以给系统充电。这样就提高了无线充电的安全性。

4）单个NFC MCU实现了无线充电和传统非接触式智能卡应用
基于NFC标准，系统不仅支持无线电源，还支持现有的非接触式智能卡应用。这样就能够设计出更小巧的移动手持式设备。
瑞萨已将新解决方案提交给NFC论坛[注释2]的无线充电工作组，以便鼓励广泛采用NFC无线充电系统。
这3款新产品及其主要特性简述如下。

NFC控制器RF20

除了无线充电应用，NFC还可用于其它多种应用，包括传统应用（例如支付交易、公交系统和售票系统）和新应用（例如游戏和医疗设备）。尤其是，基于Android™ OS和具有NFC功能的智能手机发展迅速。这带动了对能够轻松实现NFC功能的解决方案的需求。为了满足这种需求，瑞萨开发出了符合国际NFC标准要求、支持基于Android™ OS的智能手机的RF20 NFC MCU。

1）交钥匙解决方案
该芯片配有固件软件和用于主机端的中间件，固件整合了智能手机和其它器件所需的全部功能，包括各种NFC标准兼容性证功能。这样就能够在Android™终端系统上快速、轻松地实现NFC功能。

2）支持各种接口标准
单线连接协议（SWP）（ETSI TS 102 613兼容）充当连接支付交易等应用所需的外部安全元件的通信接口，还可以连接到SIM卡[注释3]上。此外，还支持内部集成电路（I2C）和通用异步接收器/发射器（UART）充当主控制器接口。这样就能够灵活配置不同的主机接口类型。

面向无线电源的功率发射IC R2A45801和功率接收IC R2A45701

单芯片产品内整合了配置无线充电系统所需的主要vwin 元件。

1）功率发射器IC R2A45801的特性
功率发射器IC R2A45801实现了无线功率发射器的驱动电路所需的三条充电输出通道。其片上功能加强了控制安全性，包括热关断和场效应晶体管（FET）温度检测/系统温度检测功能。与RJK1028外部金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）一起使用时，功率发射器IC R2A45801可用于构建高效功率发射系统。
2）功率接收器IC R2A45701的特性
整流到充电控制所需的电位之后，功率接收IC R2A45701能够降低接收器端线圈接收到的电压。除了无线充电，它还具有电压和电流监测功能以及AC适配器输入、USB充电输入和用于外部充电的输入。支持多个充电输入的是集成充电控制功能，能够直接给单节锂离子电池充电。因此，R2A45701能够为带有电池的器件提供独立支持。
[注释1] 近场通讯（NFC）是一种国际短程无线通信标准，采用13.56 MHz频段，由NXP半导体和索尼公司合作开发而来。
[注释2] NFC论坛：一个致力于开发NFC标准规范和推广NFC产品应用的行业协会。作为NFC论坛的赞助会员，瑞萨在积极推广NFC技术的应用。
[注释3] SIM卡：SIM代表用户识别模块，是一种储存用户信息（例如手机运营商发行的电话号码）的集成电路卡（ICC）。