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En el diseño de teléfonos inteligentes y relojes inteligentes, las antenas NFC y las bobinas de carga inalámbrica a menudo se colocan en la misma Zona. Ambos comparten el espacio limitado en la parte posterior del fuselaje y comparten el mismo conjunto de estructuras de blindaje magnético. En la superficie, esta es una opción de diseño que ahorra espacio. Pero desde el punto de vista del electromagnetismo, los requisitos de estas dos funciones para el aislamiento magnético son casi opuestos.
El extremo receptor de carga inalámbrica requiere que el imán tenga la mayor permeabilidad posible. Cuanto mayor sea la conductividad magnética, mayor será la capacidad de la línea magnética en la zona de acoplamiento de la bobina restringida, menor será la fuga magnética y mayor será la eficiencia de carga. Por su parte, cuando la antena NFC funciona a una frecuencia de 13,56 mhz, la alta permeabilidad de la placa de aislamiento magnético trae problemas: el material de alta permeabilidad reducirá la frecuencia de resonancia de la antena nfc, lo que provocará que la antena se detone, la distancia de lectura se acorte o incluso no se pueda comunicarse normalmente. Algunos estudios señalan que si el aislamiento magnético no se elige adecuadamente, el fracaso de la tarjeta de crédito y el problema del parpadeo de la pantalla táctil de NFC durante el trabajo de carga inalámbrica aumentarán significativamente.
Esta contradicción significa que cuando NFC y la carga inalámbrica comparten una placa de separación magnética, los ingenieros no se enfrentan a un problema de "selección de materiales", sino a un problema de "materiales de diseño".
De dónde viene el conflicto de demanda de permeabilidad entre las dos funciones
El NFC funciona a 13,56 MHz y el estándar Qi de carga inalámbrica funciona a 110 - 205 khz. La diferencia de frecuencia tiene un impacto de dos niveles.
A nivel material, la conductividad magnética compleja de la placa magnética varía con la frecuencia. En la banda Qi de 110 - 205 khz, la parte real de la conductividad magnética de las pastillas de aislamiento magnético nanocristalinas o de ferrita está en un nivel alto, lo que puede guiar eficazmente las líneas de fuerza magnética. Pero a 13,56 mhz, la parte real de la conductividad magnética del mismo material suele haber comenzado a disminuir y el ángulo de pérdida magnética ha aumentado. Si la conductividad magnética del material a 13,56 MHz sigue siendo demasiado alta, el valor de inducción de la antena NFC superará el rango de coincidencia y la frecuencia de resonancia se desviará.
A nivel de diseño de antena, la inducción de la bobina de antena NFC está directamente relacionada con la conductividad magnética efectiva del aislador magnético. Cuando el imán está cerca de la antena nfc, la inducción de la antena aumentará debido a la carga del material magnético. Si la conductividad magnética del aislador es demasiado alta y la inducción de la antena excede el valor de diseño, el capacitor de resonancia necesita ser reconectado. En el diseño de NFC y bobinas de antena comunes de carga inalámbrica, esta dificultad de coincidencia aumenta aún más: la carga inalámbrica requiere una inducción más alta para lograr un acoplamiento eficiente, mientras que NFC necesita un valor q más bajo para garantizar un ancho de banda suficiente. Es difícil satisfacer ambas necesidades en la misma bobina al mismo tiempo.
Superposición de permeabilidad de gradiente: una solución factible
Una de las rutas técnicas para resolver esta contradicción es la estructura apilada de permeabilidad gradiente. La idea central es que las diferentes capas de la placa de aislamiento magnético tengan una permeabilidad magnética diferente, un lado cerca de la antena NFC utilice una placa de blindaje de baja permeabilidad magnética y un lado lejos de la antena NFC utilice una placa de blindaje de alta permeabilidad magnética.
La literatura de patentes revela una estructura de apilamiento de placas de blindaje magnético aplicada a la integración de carga inalámbrica y nfc. La estructura está dispuesta debajo de la antena NFC e incluye al menos dos capas de blindaje superpuestas, y la conductividad magnética del blindaje aumenta de un lado cerca de la antena NFC a un lado lejos de la antena NFC en una proporción del 8% - 40%. La capa de baja permeabilidad cerca de la antena NFC reduce la sensibilidad de la antena NFC a la carga de materiales magnéticos y evita el desajuste de la antena; La capa de alta permeabilidad lejos de la antena NFC proporciona suficiente capacidad de guía de flujo magnético para garantizar la eficiencia de carga inalámbrica.
Otra ventaja de ingeniería de este diseño de gradiente es el rendimiento ajustable. Al ajustar la proporción de permeabilidad magnética y el número de capas en cada capa, se puede encontrar un equilibrio diferente entre el rendimiento de NFC y la eficiencia de carga inalámbrica. Para aplicaciones con mayores requisitos de distancia de lectura NFC (como el pago móvil), se puede aumentar la proporción de espesor de la capa de baja permeabilidad; Para aplicaciones que requieren una mayor eficiencia de carga (como la carga rápida de alta potencia), se puede mejorar la contribución de la capa de alta conductividad magnética.
El cambio de papel de las películas de aislamiento magnético en la integración multifuncional
Cuando el imán sirve tanto a NFC como a la función de carga inalámbrica, su papel ha pasado de ser un "guía de flujo magnético de una sola función" a un "dispositivo de gestión electromagnética de múltiples bandas". Este cambio significa que la lógica de selección debe pasar de la "comparación de parámetros" a la "coincidencia del sistema".
El proceso tradicional de selección de separadores magnéticos es: determinar la frecuencia de trabajo, seleccionar el material con la permeabilidad magnética adecuada y confirmar que el espesor cumple con las limitaciones espaciales. Sin embargo, en el escenario de integración multifuncional, la selección debe considerar la respuesta del material en dos frecuencias al mismo tiempo. Los ingenieros deben confirmar los datos reales e virtuales de la permeabilidad de los separadores magnéticos en las bandas de 110 - 205 kHz (qi) y 13,56 MHz (nfc), en lugar de centrarse solo en los valores nominales a una sola frecuencia.
Otro factor ignorado es la deriva del rendimiento de los separadores magnéticos en diferentes Estados de funcionamiento funcional. Cuando la carga inalámbrica y NFC funcionan al mismo tiempo, el campo magnético alternante de alta frecuencia generado por la bobina de carga inalámbrica puede generar ruido adicional en la banda nfc, afectando la calidad de la comunicación nfc. Las pastillas de aislamiento magnético necesitan tener suficiente pérdida y capacidad de blindaje en ambas bandas de frecuencia para aislar esta interferencia cruzada.
Juicio de selección de separadores magnéticos multifuncionales a partir de las necesidades del sistema
Para los dispositivos que necesitan soportar NFC y carga inalámbrica al mismo tiempo, la selección de separadores magnéticos puede establecer una lógica de juicio a partir de las siguientes tres dimensiones.
Primero, confirme si la conductividad magnética de la placa de aislamiento magnético en la banda NFC está en un rango razonable.
El diseño de la antena NFC suele ser de 13,56 MHz como frecuencia de funcionamiento, y la conductividad magnética efectiva de la placa de aislamiento magnético a esta frecuencia debe coincidir con el diseño de inducción de la antena. Demasiado alto puede conducir a la detunión, y demasiado bajo puede tener un efecto de blindaje insuficiente. Al seleccionar el modelo, se debe exigir al proveedor que proporcione datos de permeabilidad magnética efectiva de la placa magnética a 13,56 mhz, en lugar de proporcionar solo datos de banda Qi.
En segundo lugar, se evalúa si la distribución de la permeabilidad magnética de la estructura apilada gradiente es personalizable.
Diferentes dispositivos tienen diferentes prioridades para la distancia de lectura NFC y la eficiencia de carga inalámbrica. Los escenarios de pago móvil requieren una mayor estabilidad de la distancia de lectura NFC y requieren una menor permeabilidad superficial; Los escenarios de carga de alta potencia requieren una mayor eficiencia y requieren una contribución más fuerte de la capa de alta permeabilidad. Al seleccionar el modelo, se debe confirmar si el proveedor apoya la personalización de la distribución de permeabilidad magnética de la estructura apilada gradiente y si el rango ajustable cubre las necesidades del objetivo.
En tercer lugar, verificar el nivel de interferencia cruzada cuando las dos funciones funcionan al mismo tiempo
En el escenario en el que la comunicación NFC y la carga inalámbrica se llevan a cabo simultáneamente, el imán necesita aislar simultáneamente la interferencia del campo magnético de carga inalámbrica en la antena NFC y el impacto de la señal NFC en la bobina de carga. Al seleccionar el modelo, se deben confirmar los datos de acoplamiento cruzado del material en las dos bandas de frecuencia, o verificar si la tasa de éxito de la tarjeta de crédito NFC y la eficiencia de carga cumplen con los estándares al mismo tiempo a través de la prueba de ajuste conjunto real.
Academia avanzada (shenzhen) Technology co., Ltd.La placa de aislamiento magnético de alta conductividad y baja pérdida adopta una estructura compuesta de tira nanocristalina y ferrita, que admite el diseño de laminación de gradiente de varias capas, y la distribución de la permeabilidad de cada capa se puede ajustar de acuerdo con la prioridad de NFC y carga inalámbrica.
La conductividad magnética efectiva del producto terminado es de 150 - 2000 personalizable, la inducción magnética saturada es de aproximadamente 1,2 t, la pérdida es ≤ 10 W / kg @ 20khz / 0,5t, el rango de espesor es de 0,02 - 0,20 mm, y la resistencia a la temperatura es de - 40 ° C a 150 ° c. el producto admite bobinas, láminas, troquelados en forma especial y compuestos multicapa, que pueden proporcionar un desarrollo colaborativo desde simulación, selección hasta ajuste conjunto nfc. Para más información técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.