NFC - diseño de inductor/"antena" hecho de trazas de PCB

Hice un diseño de un inductor/"antena" de PCB NFC (sé que no es uno exactamente) dibujado solo en el lado superior del cobre (nada dibujado en otras capas en el área del inductor), y me pregunto si habrá una pérdida considerable de rango de distancia de trabajo en el lado opuesto debido a que el núcleo PCB FR4 en sí mismo es un obstáculo... Necesito leer las etiquetas en ambos lados de la placa a distancias aproximadas.

Compartiré algunas capturas de pantalla.

Esquema del lado de RF, basado en ST ST25R95, potencia de salida de 230 mW, QFN32:

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Rant es de 1,65 ohmios y se calculó AQUÍ

Lant es 1.09uH y proviene de la herramienta en línea eDesign Suite de ST

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Este es mi dibujo actual para la bobina/inductor de PCB. 10,5 x 26 mm, 7 vueltas.

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Me pregunto si necesito (si es adecuado) continuar con el dibujo de la "antena" en la capa inferior y sumar las inductancias y resistencias. (O alguna otra ecuación para calcular la inductancia).

También me pregunto si hago eso (antena dibujada en ambos lados) si podría alcanzar más distancia de trabajo (entre el circuito del lector y las etiquetas) que haciendo bobina solo en el lado superior.

Si también necesito continuar con la bobina en la parte inferior, ¿tiene alguna recomendación sobre cómo dibujar un buen inductor de PCB? Para que pueda alcanzar el mejor rango de distancia que el chip puede ofrecer (es solo una potencia de salida de 0,23 W, ST25R95 de ST).

Saludos.

EDITAR 1

Bobina NFC de 4 vueltas x 2 capas.

VUELTA x mm:

1: 11,2 + 25,7 + 10,2 + 24,9 +

2: 9,4 + 24,1 + 8,6 + 23,3 +

3: 7,8 + 22,5 + 7 + 21,7 +

4: 6,2 + 20,9 + 5,4 + 20,1 + (2,7)

lado = 251,7 mm

totales (x2) = 503mm

PARÁMETROS de trazas de inductor:

  • ancho = 0,3 mm

  • longitud = 503 mm

  • espesor de cobre = 18um (1/2 oz de espesor final de cobre)

Según AQUÍ, Rant = 1,66 ohmios

Entonces tengo nuevos valores de entrada, Lant = 1.68uH y Rant = 1.66 ohmios para ingresar en la hoja de cálculo de la calculadora ST25R95. Ahora puedo recalcular fácilmente el circuito NFC, me refiero a las tapas y los indutores de los circuitos de coincidencia y filtro.

Me pregunto si debería considerar la capacitancia creada entre las huellas de los lados opuestos, están exactamente en el mismo lugar, solo que están en lados opuestos del tablero. La placa de circuito impreso es FR4 de 1,6 mm. dk (constante dieléctrica) puede considerarse como 4.5.

Inductancia de un solo ladoingrese la descripción de la imagen aquí

nuevo dibujo del inductor.
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Valor de despotricaringrese la descripción de la imagen aquí

Bobina "pasadores"ingrese la descripción de la imagen aquí

Respuestas (1)

También me pregunto si hago eso (antena dibujada en ambos lados) si podría alcanzar más distancia de trabajo (entre el circuito del lector y las etiquetas) que haciendo bobina solo en el lado superior.

y

Si también necesito continuar con la bobina en la parte inferior, ¿tiene alguna recomendación sobre cómo dibujar un buen inductor de PCB?

Para el acoplamiento magnético de campo cercano, sería mejor si la bobina se dividiera entre las capas de cobre superior e inferior con la mitad de las vueltas en la capa superior y la mitad en la parte inferior apiladas una encima de la otra. Eso le permitirá usar un poco menos de vueltas en general y obtener un factor Q de bobina ligeramente mejor. Eso aumentará ligeramente el rango y, debido a que las bobinas están arriba y abajo, obtendrá el mismo rendimiento de rango desde cualquier lado.

El diseño de bobinas para acoplar el magnetismo a cierta distancia requiere la mejor cantidad de acoplamiento mutuo posible entre los devanados de la bobina de transmisión. Los diseños que son en espiral no son los mejores pero, dado que es posible que solo tenga una capa de PCB para trabajar, entonces tiene que ser una espiral, pero tome nota; los devanados de radio más bajo de la espiral son en gran medida superfluos para la energía transmitida al receptor y, por lo tanto, si tuviera (digamos) cuatro capas, lo óptimo sería poner vueltas apiladas en cada una de las cuatro capas (como un electroimán normal) .

Entonces, buscaría una calculadora que le permita diseñar la inductancia correcta usando 2 o más capas de PCB.

Gracias. No pude encontrar una calculadora en línea para inductores planos rectangulares multicapa. ¿Me podrías recomendar alguno? o algún software que pueda calcular esto. Mi plan es enrutar la bobina en los lados superior e inferior, la PCB tiene un grosor de 1,6 mm y hacer alrededor de 4 vueltas en cada lado. la inductancia máxima recomendada es de 3uH para bobina NFC.
Creo que habrá herramientas para hacer esto, pero no puedo recomendar ninguna. Podría suponer que un inductor de una sola capa de 4 vueltas de inductancia "L" se convertirá aproximadamente en "4L" cuando se apila sobre otra capa de 4 vueltas. Pero probablemente será más como 3.5L debido a un acoplamiento imperfecto.
También he leído en un foro web sobre esa aproximación de que una inductancia de bobina de doble lado es alrededor de 4 veces el valor de una de un solo lado. He diseñado un nuevo dibujo de bobina de un solo lado en la herramienta eDesignSuite de ST con 4 vueltas (un solo lado) y el resultado que me está dando es 449.77nH. Este valor x4 es igual a 1,8uH. x3.5 equivale a 1.57uH. ¿Cuál de estos valores cree que es más adecuado para usar en la hoja de cálculo ST que calcula el filtro y los circuitos coincidentes? ¿Tal vez considere multiplicar por 3.75?
En algún lugar entre los dos y es realmente una conjetura. Los valores del inductor son realmente difíciles de calcular con precisión a partir del diseño físico.
Necesito un punto de partida. Entonces, 449.77nH (un solo lado) x 3.75 = 1.68uH. Consideraré este valor como punto de partida... Editaré el tema pronto con más información sobre los detalles del nuevo dibujo de la antena, ahora de doble cara.
De hecho, estoy entusiasmado con esto y espero con ansias lo que reveles.
por favor revise la edición1.
Sí, eso se ve bien. Espero que la capacitancia sea mayor y un simple cálculo de área y distancia probablemente sea suficiente para darle un número.
Considere que calculé el nuevo valor de C23. Entonces, si calculo la capacitancia de la bobina, ¿entonces C23 necesitaría reducir su valor? reducir de ella la cantidad de capacitancia de la bobina?
También agregaría un capacitor debajo de C23; no es necesario que lo use, pero, por experiencia, es posible que lo necesite. En el pasado (bobinas enrolladas a mano) he previsto tres condensadores solo para poder modificar las cosas. Además, en su diagrama inferior, ¿de qué se trata toda la inundación de verde?
Esa es una buena idea, agregaré otro condensador en la parte inferior. La inundación verde es para evitar que exista un plano GND en el área de la bobina.
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