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No design de smartphones e smartwatches, antenas da NFC e bobinas de carga sem fio são frequentemente colocadas na mesma área. Os dois compartilham o espaço limitado no fundo da fuselagem e o mesmo conjunto de estruturas de escudo magnético. Na superfície, isso parece ser uma escolha de design de poupança de espaço. Mas de uma perspectiva eletromagnética, essas duas funções têm requisitos quase opostos para separadores magnéticos.
O receptor de carga sem fio requer que o separador magnético tenha a maior permeabilidade magnética possível. Quanto maior a permeabilidade magnética, maior a habilidade das linhas de campo magnético para ser restringidas dentro da região de acoplamento da bobina, menor vazamento magnético, e maior a eficiência de carga. Quando a antena NFC funciona a uma frequência de 13,56 MHz, a alta permeabilidade magnética do separador magnético pode realmente causar problemas: materiais de alta permeabilidade magnética podem reduzir a frequência de ressonância da antena NFC, levando à detonação da antena, reduzir a faixa de leitura e at é mesmo a incapacidade de se comunicar normalmente. Um estudo apontou que se o separador magnético não for selecionado corretamente, a falha de troca de cartões NFC e os problemas de troca de tela tocante aumentarão significativamente durante a operação de carga sem fio.
Essa contradição significa que quando a NFC e a carga sem fio compartilham um separador magnético, os engenheiros não estão enfrentados com um problema de seleção de material, mas com um problema de design de material.
De onde vem o conflito de exigências de permeabilidade magnética entre duas funções
A NFC funciona a 13,56 MHz, e o padrão Qi de carga sem fio funciona a 110-205 kHz. A diferença de frequência tem dois níveis de impacto.
No nível material, a complexa permeabilidade magnética do separador magnético varia com frequência. Na faixa de frequência Qi de 110-205 kHz, a parte real da permeabilidade magnética de separadores de nanocristalina ou ferrita está em um alto nível, o que pode efetivamente guiar linhas de campo magnético. Mas a 13,56 MHz, a parte real da permeabilidade magnética do mesmo material geralmente começa a diminuir, e o tangente do ângulo de perda magnética aumenta. Se a permeabilidade magnética do material ainda for elevada demais a 13,56 MHz, o valor de indução da antena NFC vai exceder o intervalo de correspondência e a frequência de ressonância vai mudar.
No nível de projeto da antena, a indutância da bobina da antena NFC está diretamente relacionada à permeabilidade magnética efetiva do separador magnético. Quando o separador magnético está estreitamente ligado à antena NFC, a indutância da antena aumentará devido à carga do material magnético. Se a permeabilidade magnética do separador magnético for demasiado alta e a indução da antena excede o valor do projeto, o capacitor resonante precisa ser reconhecido. No design de bobinas de antena compartilhadas para NFC e carga sem fio, a dificuldade de combinar aumenta ainda mais - carga sem fio requer maior indutância para alcançar acoplamento eficiente, enquanto NFC requer valores Q mais baixos para assegurar largura de banda suficiente. É difícil cumprir dois requisitos simultaneamente na mesma bobina.
pilha de permeabilidade gradiente: uma solução viable
Uma das rotas técnicas para resolver essa contradição é a estrutura da pilha de permeabilidade gradiente. A ideia central é fazer que as diferentes camadas da folha de isolamento magnético possam uma permeabilidade magnética diferente. Uma folha de proteção de permeabilidade magnética baixa é usada no lado próximo à antena NFC, e uma folha de proteção de permeabilidade magnética alta é usada no lado longe da antena NFC.
Uma estrutura laminada de escudo magnético aplicada à carga sem fio e à integração do NFC é divulgada na literatura da patente. Essa estrutura está situada debaixo da antena NFC e inclui pelo menos duas camadas de folhas de escudo pilhadas. A permeabilidade magnética das folhas de escudo aumenta em 8% -40% do lado mais próximo à antena NFC ao lado mais longe da antena NFC. A camada de baixa permeabilidade magnética perto da antena NFC reduz a sensibilidade da antena NFC à carga de material magnético, evitando a detonação da antena; A camada de alta permeabilidade magnética longe da antena NFC fornece capacidade suficiente de orientação de fluxo magnético para assegurar a eficiência de carga sem fio.
Outra vantagem de engenharia deste design gradiente é seu desempenho ajustador. Ao ajustar a razão de permeabilidade magnética e o número de camadas, podem ser encontrados diferentes pontos de equilíbrio entre o desempenho da NFC e a eficiência de carga sem fio. Para aplicações com maiores necessidades de distância de leitura da NFC (como pagamentos móveis), a proporção de espessura da camada de baixa permeabilidade magnética pode ser aumentada; Para aplicações que requerem maior eficiência de carga, como carga rápida de alta potência, a contribuição da camada de alta permeabilidade pode ser aumentada.
A transformação do papel dos separadores magnéticos na integração multifuncional
Quando o separador magnético serve tanto as funções de carga NFC como sem fio, seu papel muda de um "guia de fluxo magnético de uma única função" para um "dispositivo de gestão eletromagnética multi band a". Essa mudança significa que a lógica de seleção precisa mudar de "comparação de parâmetros" para "comparação de sistemas".
O processo tradicional de seleção para separadores magnéticos é determinar a frequência operacional, selecionar materiais com permeabilidade magnética apropriada e confirmar que a espessura cumpre as restrições espaciais. Mas no cenário de integração multifuncional, a seleção precisa considerar a resposta material em ambas as frequências simultaneamente. Os engenheiros precisam confirmar os dados de parte real e imaginaria da permeabilidade magnética do isolador nas faixas de frequência de 110-205 kHz (Qi) e 13,56 MHz (NFC), em vez de focar apenas no valor nominal numa única frequência.
Outro fator esquecido é o desvio de desempenho do separador magnético em diferentes estados de trabalho funcionais. Quando a carga sem fio e a NFC funcionam simultaneamente, o campo magnético de alta frequência alternado gerado pela bobina de carga sem fio pode gerar ruído adicional na banda de frequência da NFC, afetando a qualidade da comunicação da NFC. Os separadores magnéticos precisam ter capacidades suficientes de perda e escudo em ambas as bandas de frequência para isolar essa interferência cruzada.
Julgando a seleção de separadores magnéticos multifuncionais baseados nos requisitos do sistema
Para dispositivos que requerem suporte tanto para a NFC como para a carga sem fio, a seleção de separadores magnéticos pode basear-se nas seguintes três dimensões para estabelecer uma lógica de julgamento.
Primeiro, confirmar se a permeabilidade magnética do separador magnético na banda de frequência NFC está dentro de um intervalo razoável
O design das antenas NFC geralmente funciona a uma frequência de 13,56 MHz, e a permeabilidade magnética efetiva do isolador nessa frequência precisa corresponder ao design de indução da antena. Muito alto pode causar disharmonia, enquanto muito baixo pode resultar em efeito de escudo insuficiente. Ao selecionar, o fornecedor deve ser obrigado a fornecer os dados efetivos de permeabilidade magnética do separador magnético a 13,56 MHz, em vez de apenas fornecer dados na banda de frequência Qi.
Em segundo lugar, avaliar se a distribuição de permeabilidade magnética de estruturas gravadas de gradientes pode ser personalizada
A prioridade da distância de leitura da NFC e eficiência de carga sem fio varia entre diferentes dispositivos. O cenário de pagamento móvel requer maior estabilidade na distância de leitura da NFC e menor permeabilidade magnética de superfície; O cenário de carga de alta potência requer maior eficiência e uma contribuição mais forte da camada de alta permeabilidade. Ao selecionar, deve ser confirmado se o fornecedor suporta a distribuição personalizada de permeabilidade magnética para estruturas montadas em gradientes, e se a gama ajustada cobre os requisitos alvo.
Em terceiro lugar, verificar o nível de interferência cruzada quando duas funções funcionam simultaneamente
No cenário em que a comunicação NFC e a carga inalámbrica são realizadas simultaneamente, a folha de isolamento magnético precisa isolar simultaneamente a interferência do campo magnético de carga inalámbrica na antena NFC, bem como o impacto dos sinais NFC na bobina de carga. Ao selecionar, é necessário confirmar os dados de acoplamento cruzado do material em duas faixas de frequência, ou verificar se o cartão NFC acelera a taxa de sucesso e a eficiência de carga cumprem os padrões simultaneamente através de testes de depuração conjunta.
Advanced Institute (Shenzhen) Technology Co., Ltd.A alta permeabilidade e a folha de isolamento magnético de baixa perda adotam uma estrutura composta de cinta nanocristalina e ferrito, apoiando o design de montagem de gradientes multicamadas, e podem ajustar a distribuição de permeabilidade magnética de cada camada de acordo com a prioridade da NFC e carga sem fio.
A permeabilidade magnética efetiva do produto acabado pode ser personalizada a partir de 150-2000, com indução magnética de saturação de cerca de 1,2 T, uma perda de ≤ 10 W/kg @ 20kHz/0,5T, um intervalo de espessura de 0,02-0,20 mm e uma resistência à temperatura de -40 ° C a 150 ° C. O produto suporta rolamento, folha, corte de morte em forma e composto multicamadas, e pode proporcionar desenvolvimento colaborativo desde simulação, seleção até depuração de NFC. Para mais informação técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.