薄膜可變電容器的優(yōu)勢(shì)及其設(shè)計(jì)使用方法
前言
近年來(lái)利用13.56MHz左右頻率的近距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)（Near Field Communication：以下簡(jiǎn)稱(chēng)NFC），以代表性的智能手機(jī)等小型移動(dòng)設(shè)備為契機(jī)，逐漸向平板和PC市場(chǎng)以及可穿戴設(shè)備等延展開(kāi)來(lái)。
可是，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(shì)導(dǎo)致每個(gè)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(xiě)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(xiàn)電感值的變化。因此，為了相對(duì)簡(jiǎn)單地具備N(xiāo)FC的功能，共振頻率匹配裝置的必要性正在逐漸提高。
村田制作所通過(guò)特有的電容器技術(shù)和薄膜微細(xì)加工技術(shù)，利用控制電壓達(dá)到控制靜電容量的效果，將薄膜可變電容器產(chǎn)品化。
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。
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(guò)薄膜法形成電介質(zhì)，樹(shù)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(jiǎn)稱(chēng)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(chǎng)的時(shí)候，它具有相對(duì)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(guò)控制電壓來(lái)調(diào)整靜電容量的功能性設(shè)備。此外，通過(guò)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(chǎng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)低電壓獲得相對(duì)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(guò)反復(fù)施加電壓來(lái)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(chǎng)合下，通過(guò)調(diào)整共振頻率的應(yīng)用確保零問(wèn)題使用。
薄膜可變電容器的優(yōu)勢(shì)
以下將對(duì)NFC中共振頻率調(diào)整應(yīng)用的代表示例進(jìn)行說(shuō)明。NFC是將天線(xiàn)跟電容器并聯(lián)的，將共振頻率調(diào)整在13.56MHz左右從而實(shí)現(xiàn)了良好的通信距離。在并聯(lián)的電容器部分中通過(guò)使用薄膜可變電容器達(dá)到以下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
1. Fine tuning
不管天線(xiàn)的電感值如何變化，都可以調(diào)整每個(gè)終端的最佳頻率。（現(xiàn)在大多是在FeliCa終端進(jìn)行）
2. Dynamic matching
隨時(shí)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(xiě)功能等），都可以調(diào)整到最佳匹配狀態(tài)。
3. Standardization of matching circuit
由于使用了薄膜可變電容器可將終端和天線(xiàn)每個(gè)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(gè)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(lái)調(diào)整靜電容量。GPIO是General Purpose Input/Output的簡(jiǎn)稱(chēng)，是IC芯片提供的輸出端子的一種。特定用途和信號(hào)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(shuō)，軟件指示為輸入“0”的話(huà)則為0V，指示為輸入“1”的話(huà)則有可能會(huì)執(zhí)行輸出3V的操作。如果利用GPIO的輸出端子的話(huà)，如果收到的是0V、3V這兩個(gè)值的輸出信號(hào)，那么執(zhí)行的操作就是通過(guò)2n的電子元件的組合來(lái)實(shí)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(guò)調(diào)整脈搏幅度（Pulse Width Modulation： 以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(gè)值的信號(hào)下形成脈搏波形。
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(shí)，配備了60～39pF范圍、30～20pF范圍的2個(gè)類(lèi)型。
此外，LXRWJFV系列還搭載了從NFC天線(xiàn)端口等到NFC用IC侵入的靜電放電（ESD）的保護(hù)功能。
今后的展望
手機(jī)/智能手機(jī)中電池占據(jù)空間的擴(kuò)大以及多功能化導(dǎo)致了搭載元器件的增加，NFC功能的搭載可以促進(jìn)電路板面積的縮小。因此，能夠形成相對(duì)節(jié)省空間的匹配電路的薄膜可變電容器就進(jìn)一步地解決了小型化的課題。
此外，由于各種NFC用IC，NFC天線(xiàn)條件使得匹配電路的種類(lèi)繁多，可以在最佳條件下應(yīng)對(duì)各種case，擴(kuò)大了靜電容量的可變范圍，同時(shí)也擴(kuò)充了靜電容量值的陣容。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2017-09-05
