NFC 성능: 안테나에 모든 것이 담겨 있습니다.

NFC 태그는 단순히 휴대폰의 앱을 사용하여 태그를 조사하거나 작성하거나, 기성 모듈을 통해 프로젝트에 통합하거나, NFC 태그를 사용하여 프로젝트를 설계하는 등 실험의 빈번한 대상입니다. 할퀴다. 하지만 항상 올바른 결과를 얻기가 쉽지는 않으며 종종 실망스러운 결과를 낳을 수도 있습니다. 이 기사에서는 NFC 프로젝트의 성능이 저하될 가능성이 가장 높은 경로인 리더 자체의 픽업 코일 안테나에 대해 설명하려고 합니다.

태그에는 시작하기에 충분한 전력을 제공하는 RF 필드를 통해 에너지가 공급되는 칩이 포함되어 있으며, 시작 시 목적에 관계없이 호스트 컴퓨터와 통신할 수 있습니다.

"NFC"는 "Near Field Communication"의 약어로, 물리적으로 연결되지 않고도 물리적으로 근접한 장치 간에 데이터를 교환할 수 있습니다. 리더와 태그 모두 공진 동조 회로를 함께 만드는 평면 코일과 커패시터 형태의 안테나를 통해 이를 달성합니다. 리더는 카드로부터 응답이 수신되면 유지되는 RF 펄스를 전송하므로 카드가 리더의 범위를 벗어날 때까지 통신이 설정될 수 있습니다.

Hackaday 리더가 실험할 가능성이 있는 대부분의 태그의 경우 RF 주파수는 13.56MHz이고 RF 방출은 전기장이 아닌 자기장 평면에서 발생한다고 가정됩니다. 안테나에는 복잡한 것이 없습니다. 실제로 적절한 코일을 감고 작은 가변 커패시터로 조정하여 직접 안테나를 만드는 것은 충분히 쉽습니다. 안테나의 RF 특성은 신호 발생기 및 오실로스코프와 같은 간단한 도구를 사용하여 탐색할 수 있으며, 하나를 집어들 만큼 나이가 많은 무선 아마추어라면 딥 미터를 사용하여 탐색할 수 있습니다. 이 기사의 목적을 위해 나는 매우 편리하기 때문에 NanoVNA를 사용하고 있으며 10MHz에서 20MHz 사이의 스윕으로 포트 1에서 SWR을 측정하도록 설정했습니다. RF 픽업 코일을 사용하여 테스트 중인 NFC 안테나에 느슨하게 연결하고 있습니다. 직경 약 10mm의 와이어 한 바퀴를 동축 커넥터에 납땜하고 약간의 접착제로 고정했습니다. NFC 태그 위에 픽업 코일을 배치하면 VNA의 무한대에서 거의 1:1 SWR까지 날카로운 피크가 나타납니다. 이는 대부분의 리더 코일 및 단순히 메모리 칩을 포함하는 저전력 NFC 태그에서 잘 작동하지만 내 VNA는 은행 카드, 대중 교통 카드 또는 내 컴퓨터와 같은 고전력 집적 회로가 있는 태그를 측정할 만큼 충분한 에너지를 제공하지 않습니다. 여권.

즉시 VNA는 대량 생산된 NFC에 내재된 문제 중 하나, 즉 공진 주파수가 정확히 13.56MHz에 있는 경우가 거의 없다는 점을 지적합니다. 이 기사를 쓰면서 나는 카드와 리더 모두 13.5~15MHz 사이에서 공진하는 것으로 나타났으며 대부분은 약 14MHz에서 측정되었습니다. 실제로 대부분의 리더는 비효율성에도 불구하고 태그에 전원을 공급할 수 있도록 충분한 에너지를 제공하지만 NFC 태그 시스템이 최대 효율로 작동하려면 리더와 태그가 모두 13.56MHz 통신 주파수에서 공진하도록 조정되어야 합니다.

대부분의 태그와 가장 저렴한 리더 모듈은 공진을 조정하는 데 거의 노력을 기울이지 않지만 이 기사에 대해 조사한 가장 흥미로운 태그 중 하나인 해커 공간 친구가 분해한 은행 카드는 매우 영리한 기능을 보여줍니다. 자동화된 튜닝에 접근합니다. 은행 카드는 두 개의 적층 플라스틱 층으로 만들어진 표준 칩 카드로 칩 접점이 전면에 나타납니다. 분해하면 칩과 접점이 카드에서 들어 올려 들어올릴 수 있는 약 10mm x 10mm 크기의 작은 플라스틱 조각 위에 있는 것을 볼 수 있습니다.

이 모듈은 카드 리더기로 읽을 수 있지만 매장에서처럼 전체 카드의 일부가 리더기에 가까이 있지 않고 안테나에 직접 배치된 경우에만 읽을 수 있습니다. 작은 칩 모듈이 카드 표면 전체에 걸쳐 리더에 의해 전원을 공급받을 수 있도록 카드의 뒷면은 인쇄 회로 기판입니다. 인쇄 회로 기판은 한 줄로 만들어진 대형 코일과 독창적인 가변 커패시터로 구성된 단순한 조율 회로입니다. 작은 PCB 플레이트. 코일은 카드 가장자리의 반 둥글고 칩을 촘촘하게 둥글게 하여 넓은 영역에 걸쳐 필드를 포착하고 결과 에너지를 칩에 밀접하게 결합할 수 있습니다. 제조 과정에서 커패시터를 연결하는 트레이스를 절단하여 조정됩니다. 추측컨데 이는 자동화된 프로세스일 것입니다. 공진을 측정한 결과 13.56MHz보다 약간 높은 것으로 나타났습니다. 그러나 해당 측정은 칩이 없는 분해된 카드에서 수행되었으므로 공진점이 위쪽으로 이동했을 가능성이 높습니다.