Performances NFC: Tout dans l’antenne
NFC Tags constitue une cible fréquente pour l’expérimentation, qu’il s’agisse simplement d’une application sur un téléphone portable pour interroger ou écrire à des balises, en les intégrant dans des projets au moyen d’un moyen Module de tablette, ou en concevant un projet en les utilisant à partir de zéro. Pourtant, ils ne sont pas toujours faciles à obtenir, et peuvent souvent donner des résultats décevants. Cet article tentera de démystifier ce qui est probablement l’avenue la plus probable pour un projet NFC d’avoir une performance médiocre, l’antenne de ramassage de la ramassage dans le lecteur lui-même.
Une sélection des balises NFC sur mon bureau
Les étiquettes contiennent des puces qui sont alimentées via le champ RF qui permet de démarrer suffisamment de puissance pour démarrer, à laquelle ils peuvent communiquer avec un ordinateur hôte pour tout ce que leur objectif est.
“NFC” représente “la communication de champ proche”, dans laquelle les données peuvent être échangées entre des périphériques physiquement proximant sans leur être connecté physiquement. Le lecteur et la balise y parviennent à travers une antenne, qui prend la forme d’une bobine plate et d’un condensateur qui fait ensemble un circuit syntonisé résonant. Le lecteur envoie des impulsions de RF qui est maintenue une fois qu’une réponse reçue d’une carte, et donc une communication peut être établie jusqu’à ce que la carte soit hors de la plage du lecteur.
Très peu de tags et de lecteurs NFC sont sur la même fréquence
Pour la majorité des balises susceptibles d’être expérimentées par des lecteurs Hackaday, la fréquence RF est de 13,56 MHz et les émissions RF sont censées être dans le plan de champ magnétique plutôt que le champ électrique. Il n’y a rien de complexe sur les antennes, en effet, il est assez facile de vous en faire vous-même en enroulant une bobine appropriée et de la régler avec un petit condensateur variable. Les propriétés RF de l’antenne peuvent être explorées avec des instruments aussi simples qu’un générateur de signal et un oscilloscope, ou si vous êtes une radio amateur suffisamment ancienne pour en avoir choisi un, un compteur de creux. Aux fins de cet article, j’utilise un Nanovna en raison de son extrême commode, et je l’ai défini sur mesure SWR sur le port 1 avec un balayage compris entre 10 MHz et 20 MHz. Je le coule de manière lâche aux antennes NFC que je teste au moyen d’une bobine de ramassage RF, un tour de fil d’environ 10 mm de diamètre soudé à un connecteur coaxial et sécurisé avec un peu de colle. Lorsque je placerai la bobine de pick-up sur une étiquette NFC, je suis récompensé par un pic tranchant sur le Vna de l’infini jusqu’à près de 1: 1 SWR. Cela fonctionne bien avec la plupart des bobines de lecteur et des balises NFC de puissance inférieures qui contiennent simplement une puce de mémoire, mais mon VNA ne fournit pas assez d’énergie pour mesurer ces étiquettes avec des circuits intégrés de puissance supérieurs tels que des cartes bancaires, une carte de transport public ou mon passeport.
Ma bobine de ramassage rapide RF
Le VNA montre un trempette SWR clair pour une balise NFC
Immédiatement, la VNA indique l’un des problèmes inhérents aux NFC fabriqués en série que la fréquence de résonance est rarement exactement sur 13,56 MHz. En écrivant cet article, j’ai constaté que les cartes et les lecteurs semblent résonner n’importe où entre 13,5 et 15 MHz, la majorité étant mesurée à environ 14 MHz. Dans la pratique, la plupart des lecteurs fournissent plus que suffisamment d’énergie, la balise peut donc être éventuelle malgré l’inefficacité résultante, mais pour tout système de balises NFC à fonctionner à une efficacité maximale, il devrait avoir à la fois le lecteur et l’étiquette ajusté pour résonner à la fréquence de communication de 13,56 MHz.
La technologie simple mais intelligente sur votre carte bancaire
Voici ce qui se passe dans votre carte bancaire. Le condensateur variable est présenté en haut-centre et la puce est assise dans sa bobine de ramassage à gauche.
La plupart des étiquettes et les modules de lecteur les moins chers ont très peu d’effort, mettez-les à la résonance, mais l’une des balises les plus intéressantes que j’ai examinées pour cette pièce, une carte bancaire soumise à une démolition par un ami Hackerspace, montre un très intelligent approche du réglage automatisé. Une carte bancaire est une carte à puce standard fabriquée à partir de deux couches de plastique stratifiées, avec les contacts de puce apparaissant dans la face avant. Lors du démontage, on peut voir que la puce et ses contacts sont sur un petit morceau de plastique d’environ 10 mm de 10 mm pouvant être soulevé de la carte.
Ce module peut être lu par un lecteur de carte, mais uniquement lorsqu’il est placé directement sur l’antenne plutôt que de toute partie de la carte entière à proximité du lecteur, comme cela se produirait dans un magasin. Pour vous assurer que le petit module de puce peut être alimenté par un lecteur sur toute la surface de la carte, la moitié arrière de la carte est une carte de circuit imprimé qui est simplement un circuit ajusté avec une grande bobine et un condensateur variable ingénieux fabriqué à partir d’une rangée. de petites plaques PCB. La bobine est à moitié et demie autour du bord de la carte et releva de près de la puce, ce qui lui permet de ramasser le champ sur une grande zone et de coupler de près l’énergie résultante de près dans la puce. Il est à l’écoute lors de la fabrication en coupant une trace reliant les condensateurs, à une supposition, ce sera un processus automatisé. Mesurer sa résonance, il s’avère être un peu plus élevé que 13,56 MHz, mais comme cette mesure a été faite sur un DICarte légère sans puce en place, il est probable que le point de résonance aura été déplacé vers le haut.
Tuning un lecteur NFC pour une fumée maximale
Une paire de modules de lecteur NFC bon marché. Celui de gauche a été modifié pour fournir une résonance à 13,56 MHz.
En tournant vers les lecteurs, les appareils les plus coûteux ont un condensateur variable intégré et auront été réglés en usine à 13,56 MHz, tandis que les modules bon marché ont normalement un condensateur fixe et résonnent à une fréquence plus élevée. L’expérience de ces modules moins chers suggère qu’elles interagiront généralement avec les cartes plus simples telles que le classique Mifare omniprésent, mais qu’ils ne sont pas incapables de fournir suffisamment d’énergie pour alimenter les cartes plus intelligentes telles que les étiquettes des désfolateurs Mifare. Réglage de l’antenne sur le module de résonance à 13,56 MHz améliore l’efficacité dans la mesure où les étiquettes de puissance supérieure peuvent être lues, par exemple dans la photo, est un module de lecteur bon marché préparé par un ami Hackerspace. Il a utilisé une bobine de ramassage RF et un oscilloscope pour mesurer l’amplitude du support de 13,56 MHz et ajusté le circuit syntonisé jusqu’à ce qu’un point d’amplitude maximale ait été atteint. Dans ce cas, il a blessé sa propre bobine et éliminé le fil de celui-ci, tournez à tour de rôle pour trouver le maximum, mais le même résultat pourrait tout aussi facilement être effectué avec la bobine de circuit imprimé et un petit condensateur de coupe. Ce lecteur bon marché fonctionne maintenant avec des cartes Desfire qui nécessitaient auparavant un module beaucoup plus coûteux, ce qui rend le processus vaut bien l’effort.
Donc, alors que la grande partie de la magie technologique dans une balise NFC réside dans son emballage électronique numérique, il convient de rappeler que tout le travail est toujours une antenne analogique. Un peu de travail RF à l’ancienne, le travail de la portée et un générateur de signal peut transformer leur performance pour le mieux.