Para que un equipo sea apto para la comunicación mediante NFC, se necesita un microcontrolador, una interfaz NFC y una antena. Los retos que plantearemos en este artículo son el filtro y la red de adaptación al que se conecta la antena NFC.
NFC es una tecnología de comunicación inalámbrica de corto alcance, alta frecuencia y ancho de banda estrecho, que permite una comunicación estandarizada entre dos dispositivos móviles, tales como teléfonos, tarjetas inteligentes, adhesivos o etiquetas. Debido, en gran medida, a que se puede usar con teléfonos móviles, la comunicación de campo cercano (NFC) goza de gran popularidad y, a diferencia de los estándares RFID comparables con la misma frecuencia de 13,56 MHz, gracias a su corto alcance inferior a 10 cm es más adecuado para aplicaciones sensibles, como la comunicación de datos y las transacciones financieras seguras.
El dimensionado del circuito de filtro y de adaptación para una aplicación NFC implica un cálculo complejo y, debido a las tolerancias de los materiales de los componentes, pueden ser necesarias iteraciones adicionales. A continuación, trataremos el análisis de este circuito.
Teoría de la adaptación de la impedancia compleja conjugada
La adaptación de la impedancia compleja conjugada es un proceso muy importante en el diseño de circuitos RF, para garantizar la máxima transferencia de potencia posible entre la fuente y la carga y minimizar las reflexiones de la señal de la carga. Encontramos un ejemplo de la necesidad de la transferencia de potencia en el interfaz de cualquier receptor sensible.
Es evidente que las pérdidas innecesarias en un circuito que ya transmite un nivel de señal extremadamente bajo no se pueden tolerar. Por tanto, en la mayoría de los casos, en el diseño inicial de este tipo de interfaz debe prestarse la máxima atención para que cada dispositivo de la cadena sea adecuado a su carga. En la tecnología de alta frecuencia, a menudo las cargas son complejas, es decir, además de su parte óhmica, tienen un componente inductivo o capacitivo. Para adaptarlas, la parte inductiva o capacitiva se debe compensar con su contraparte, la denominada parte compleja conjugada. En otras palabras y como ejemplo, un componente inductivo debe compensarse con uno capacitivo.
La adaptación de la impedancia se basa en el teorema de la máxima transferencia de potencia. Según este teorema, para obtener la máxima potencia externa de una fuente con una resistencia interna final, la resistencia de la carga debe ser igual a la resistencia de la fuente, desde el punto de vista de sus conexiones de salida. Asimismo, todos los componentes reactivos de la fuente y de la carga deben tener la misma magnitud, pero con signo contrario. Es decir, que las impedancias de la carga y la fuente deben ser complejas y conjugadas entre sí. [2]
En general, el complejo conjugado de la impedancia es Z = R + jX Z * = R – jX, donde R es la parte real y X la parte imaginaria de la impedancia compleja Z. La figura 1 muestra la impedancia compleja de la fuente ZS y la impedancia compleja de la carga ZL.
Estas impedancias deben cumplir la siguiente condición para lograr una óptima adaptación:
Existen muchas topologías de circuitos posibles, que pueden emplearse para llevar a cabo la adaptación de la impedancia.
La más sencilla es la topología en L, que consta de dos reactancias. Esta topología recibe su nombre de la orientación de los componentes, que se asemeja a una L. [1] La figura 2 muestra las dos topologías en L posibles para la adaptación de la impedancia.
En la figura 2, XA es la reactancia ideal de la rama en serie y XB la reactancia ideal de la rama en paralelo. ZS y ZL son las impedancias de la fuente y de la carga. Zin identifica la impedancia de entrada y contiene la impedancia de la carga y de adaptación, que debe ser el complejo conjugado de ZS.
Antes de que puedan determinarse los componentes de la adaptación, es necesario conocer la impedancia de la carga y de la fuente.
La impedancia de la fuente es, en la mayoría de los casos, de 50 Ω. Por lo general, la impedancia de la fuente también puede ser compleja.
