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La etiqueta NFC no se puede leer en la superficie metálica, que es uno de los problemas más familiares para los ingenieros de hardware. La explicación común es que "el Metal bloquea el campo magnético", pero esta descripción no es precisa. El metal no "bloquea" el campo magnético, induce un vórtice en un campo magnético alternativo, y el campo magnético inverso generado por el vórtice compensa el flujo magnético enviado por el lector. Si solo está "bloqueado", se puede resolver engrosando el diafragma; Pero la falla real es mucho más complicada que esto.
La influencia de la placa trasera metálica en la antena NFC finalmente se refleja en un parámetro: factor de calidad Q.
¿¿ por qué el valor q bajo la placa trasera metálica se derrumbó?
La NFC funciona a 13,56 MHz y pertenece al acoplamiento de campo magnético de campo cercano. La antena en sí es una bobina inductiva, cuyo factor de calidad q = Omega L / R mide la proporción de almacenamiento de energía y consumo de energía de la bobina. Cuanto mayor sea el valor q, mayor será la capacidad de selección de frecuencia de la antena y mayor será la eficiencia de transmisión de energía entre el lector y la etiqueta.
Cuando la antena NFC está cerca de buenos conductores como el cobre y el aluminio, el campo magnético alterna induce un vórtice en la superficie metálica. La profundidad de la piel del cobre y el aluminio a 13,56 MHz es de solo unos 18 - 25 micras, y la altura del vórtice se concentra en la superficie metálica, formando un campo magnético contrario a la dirección del campo magnético de la antena. Este campo magnético inverso tiene tres consecuencias: la inducción equivalente L de la antena disminuye, la resistencia de serie equivalente R aumenta y la frecuencia de resonancia se desplaza al mismo tiempo. Superponiendo los tres, el valor q cayó bruscamente de 20 - 50 en el espacio libre a 5 - 10 o incluso menos, y la distancia de lectura cayó de 3 - 8 cm a 0 - 1 cm.
En otras palabras, la placa trasera metálica no simplemente "debilita" el campo magnético, sino que destruye simultáneamente los parámetros de inducción y resistencia de la antena. Si el aislamiento magnético se optimiza solo para uno de los parámetros, a menudo no puede restaurar el valor q al nivel disponible.
El trabajo de la placa de aislamiento no es "blindaje", sino reconstruir la ruta del flujo magnético.
El mecanismo central de la placa de aislamiento magnético es insertar una capa de material de alta permeabilidad entre la bobina de antena y la placa trasera metálica para proporcionar un "desvío" de baja resistencia magnética para el flujo magnético. Las líneas de fuerza magnética pasan preferentemente por la ruta de alta mu 'de la placa de aislamiento magnético en lugar de entrar en la superficie metálica para estimular el vórtice. Después de que el vórtice fue suprimido, el campo magnético inverso se debilitó, y el descenso L y el aumento R de la antena se aliviaron al mismo tiempo, y q valía la pena recuperarse.
Este mecanismo tiene un lugar fácil de malinterpretar: los separadores no "cierran" el campo magnético a un lado de la antena, sino que cambian la distribución espacial del flujo magnético. El aislamiento magnético ideal debe permitir que el flujo magnético pase por sí mismo tanto como sea posible y entre en el metal lo menos posible, mientras que su propia pérdida de flujo magnético (mu ") es lo suficientemente baja como para evitar consumir energía durante el proceso de" guía ".
Por lo tanto, las propiedades de los separadores magnéticos NFC se pueden dividir en dos dimensiones independientes: mu 'determina cuánto flujo magnético se puede "tirar" de la superficie metálica y mu "determina Cuánta energía se pierde durante el proceso de extracción. Ambos determinan conjuntamente el grado de recuperación del valor q, pero la dirección de acción no es la misma.
Referencia de ingeniería para la recuperación del valor q: restricciones triangulares de mu ', mu "y tan Delta
La serie ifq06 de tdk ofrece una clara referencia de ingeniería: a 13,56 mhz, μ′≈56，μ″≈2， La q correspondiente es = mu '/ mu' ¿ 28. Este valor q se ha acercado al nivel disponible para el sistema nfc, y su mu 'no es alto - solo 56, muy por debajo de los cientos o incluso miles de etiquetas de muchas películas de aislamiento de carga inalámbrica.
Este dato ilustra un hecho importante: los separadores magnéticos NFC no requieren un mu 'extremadamente alto, lo que necesita es un mu "lo suficientemente bajo. Mu '= 56 ha sido capaz de proporcionar una guía de flujo magnético efectiva, pero si mu "sube de 2 a 20, el valor q caerá a menos de 3, y la antena todavía no puede funcionar correctamente.
Este es también un hito en la lógica de selección entre el aislamiento magnético NFC y el aislamiento magnético de carga inalámbrica. La carga inalámbrica funciona en 110 - 205 khz, el peso de la pérdida de estancamiento magnético y la pérdida de vórtice es relativamente equilibrado, y los beneficios de la restricción de flujo magnético causada por el alto mu 'pueden compensar parcialmente el aumento de la pérdida; La NFC funciona a 13,56 mhz, el peso de la pérdida de vórtice aumenta drásticamente, y cualquier práctica de sacrificar mu "a cambio de mu 'pagará un precio desproporcionado en el valor Q.
Datos medidos: beneficios marginales de la recuperación del espesor y el valor q
En las condiciones de prueba de la etiqueta NFC de 13,56 MHz y la superficie de la placa de aluminio, el aislamiento magnético de 0,05 mm aumentó el valor q de la antena en un 18% y la distancia de lectura en un 32%; 0,10 mm aumenta el valor q en un 41% y la distancia de lectura en un 50%; 0,20 mm aumenta el valor q en un 52% y la distancia de lectura en un 65%; 0,30 mm aumenta el valor q en un 55% y la distancia de lectura en un 68%; 0,50 mm eleva el valor de q en un 56% y la distancia de lectura en un 70%. El beneficio marginal de la recuperación del valor q se reduce significativamente después de 0,2 mm, mientras que el aumento continuo del espesor sacrifica la flexibilidad y la adaptabilidad del montaje. Para la mayoría de las aplicaciones HF / nfc, 0,10 - 0,20 MM es un mejor equilibrio entre rendimiento y estructura.
División del sistema de materiales: "baja pérdida natural" de ferritas y "compensación de proceso" de nanocristales
La ferrita ocupa la posición dominante de los separadores magnéticos NFC a 13,56 mhz, debido a su alta resistencia eléctrica (magnitud de 10 ⁶ Omega · cm), y la pérdida de vórtice es casi insignificante en el interior del material. Las principales fuentes de mu "son las pérdidas de estancamiento magnético y las pérdidas residuales, que pueden alcanzar niveles muy Bajos. Mu "2 de ifq06 es una manifestación típica del sistema de ferritas en esta banda de frecuencia.
Sin embargo, los mu 'de ferritas están sujetos al límite de snoek, generalmente no superan los 250 a 13,56 mhz, y la capacidad de guía de flujo magnético ajustable es limitada. El espacio de ajuste de la ferrita tocará el límite superior para escenarios en los que se necesite un mu 'más alto para hacer frente a un respaldo metálico más grueso o un área de antena más pequeña.
El 'mu' del material nanocristalino puede ser mucho más alto que la ferrita y el BS es más alto (alrededor de 1,2 t), pero se enfrenta a un obstáculo estructural: la resistencia es extremadamente baja (alrededor de 130 muohm · cm), y si no se trata a 13,56 mhz, la pérdida de vórtice se convierte en el elemento dominante de "mu", y el valor q no puede cumplir con los requisitos de nfc. Por lo tanto, la premisa para que los nanocristales entren en la escena NFC no es que "mu 'sea lo suficientemente alto", sino que "el vórtice se presiona primero".
Los medios de ingeniería incluyen el magnetismo roto y la microaxidación a alta temperatura. El magnetismo roto divide la tira continua en pequeños fragmentos aislados entre sí, cortando el camino cerrado del vórtice en una gran área; La microaxidación a alta temperatura forma una película de óxido denso en la superficie de la tira, lo que mejora aún más la resistencia superficial. El costo de estos dos procesos es la disminución de la μ 'efectiva: la brecha de fragmentos constituye una brecha de aire equivalente en el circuito magnético, y la μ' efectiva de la placa magnética nanocristalina terminada generalmente cae en el rango de 150 - 800, muy por debajo del valor inicial de la tira.
Esto significa que la selección de los separadores magnéticos NFC nanocristalinos no solo puede ver "cuán alta es la tira", sino si el producto terminado está presionado a los niveles disponibles a 13,56 MHz después de la fragmentación. Un nanochip con parámetros magnéticos rotos mal diseñados, la tira mu 'puede llegar a decenas de miles, pero el producto terminado mu "sigue siendo alto, y el efecto de recuperación del valor q no es tan bueno como una simple lámina de ferrita.
La siguiente tabla compara las características de ingeniería de los dos sistemas de materiales en los separadores magnéticos nfc:
Juicio sobre la selección de separadores magnéticos NFC a partir del valor q
En primer lugar, los valores de μ "y q a 13,56 MHz se utilizan como primera condición de selección en lugar de μ '.
Se requiere que el proveedor proporcione datos de μ ', μ "y tan Delta en el punto de frecuencia objetivo, en lugar de proporcionar solo permeabilidad magnética a 100 kHz o 1 mhz. Los límites de ingeniería a los que se puede hacer referencia son: mu "debe controlarse en la medida de lo posible en un solo dígito, y tan Delta no debe exceder 0,1. Un esquema de mu '= 200 y mu "= 4 puede ser mejor que el esquema de mu' = 600 y mu" = 40 en la recuperación del valor Q. Si el proveedor no puede proporcionar datos de pérdida a 13,56 mhz, su aplicabilidad al escenario NFC no se puede juzgar.
En segundo lugar, distinguir entre "tira mu 'y" valores válidos mu' y q después de pegar la antena "
El diseño de inducción de la antena NFC se basa en el efecto de carga real después de que la placa magnética se pega a la parte posterior de la antena. Al seleccionar el modelo, se debe exigir al proveedor que proporcione el Estado del producto terminado, los cambios en el valor q medidos en la estructura de la antena NFC y los datos de distancia de lectura, en lugar de la mu 'inicial en las especificaciones de la tira. Los datos medidos muestran una fuerte correlación entre el aumento del valor q y el aumento de la distancia de lectura, y la recuperación del valor q es un indicador de ingeniería más directo que el "valor de permeabilidad".
En tercer lugar, de acuerdo con las condiciones de la placa trasera metálica y las restricciones espaciales, se hace una elección a nivel de sistema entre la ferrita y los nanocristales.
Si la placa trasera metálica es delgada, el área de la antena es suficiente y el espacio permite el montaje plano, los separadores magnéticos de ferrita suelen ser una opción más segura con una estructura de costos naturalmente baja en mu "y madura. Si la placa trasera metálica es más gruesa, el área de la antena es limitada o necesita ser pegada a una estructura de borde curvo / estrecho, la Alta 'mu' y la ventaja de flexibilidad de los nanocristales son los factores decisivos, pero solo si el proceso de fragmentación y aislamiento del proveedor es capaz de presionar la "mu" a 13,56 MHz al nivel disponible para el valor Q. La selección debe confirmar si el proveedor proporciona datos de correspondencia de proceso entre el tamaño de los fragmentos, el tratamiento de oxidación y el producto terminado mu ", no solo el valor nominal final.
Academia avanzada (shenzhen) Technology co., Ltd.La placa magnética de aislamiento NFC cubre dos rutas: la placa compuesta de ferrita y la placa compuesta de nanocristales. Las láminas compuestas de ferrita pueden lograr mu '≥ 120 a 13,56 MHz a un espesor de 0,1 mm; Las láminas compuestas de nanocristales controlan la pérdida de vórtice a través del tratamiento de Magnetismo roto y aislamiento, y el producto terminado es ajustable en el rango de 150 a 800, soportando un espesor de 0,03 a 0,2 mm y el montaje de la superficie curva.
El producto puede proporcionar datos de recuperación del valor q y mejora de la distancia de lectura después de ajustarse a la estructura de la antena nfc, y emparejar el sistema de materiales de acuerdo con las condiciones de la placa trasera metálica y las restricciones espaciales. Para más información técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.