介绍
对无线设备的兴趣增加了对更小的设备和电子产品的需求，以及更高的安全通信和更有效的电力传输。远电场易受杂散信号干扰和恶意远程读取。此外，所要求的天线长度限制了小型化。磁感应具有较高的安全性，因为它的场强随立方距离衰减。这对于无线支付或医疗设备认证等应用程序是有利的。密集排列的高密度线圈电感器也可以提供高效的无线电源传输。
电路制造
要充分利用磁感应优势，需要专门的高密度线圈制造技术。由于中间层和线圈间的厚度只有5µm，先进的附加电路制造技术可以生产单层和多层线圈，比线缠绕或传统的挠性电路提供更小的封装尺寸和更高的铜密度。传统的挠性电路由于采用减法制造技术，在铜道密度上受到限制。加性电路是由光刻确定的电镀痕迹制成的，夹在光敏介质材料的薄层之间。物理蒸汽沉积的种子层提供了制造层间通道和多层结构的能力。
这些卷到卷的增材制造技术提供类似mems的能力，但与基于晶圆的工艺相比，具有成本更低、上市时间更快和更高定制化的优势。这些技术可以制造占地面积小，高铜密度线圈集成谐振调谐电容器，以及温度和应变/力传感器。
无线供电
两个盘绕电感器紧密间隔并对齐提供高效的无线电源传输。这对于无线电池充电、驱动ic或led等应用来说是有益的。表1显示了类似的足迹线圈的建模结果，这些线圈的制造符合传统柔性电路和增材电路制造的前沿能力。结果表明，高纵横比加法电路可以提供比传统弯曲电路多三到四倍的功率。这是道宽高比大于1和薄介质间距的直接结果。
产品认证概述
设备公司通常在产品组件内的一次性或半可重复使用的附件中安装内存芯片。附件示例包括一次性医疗诊断传感器，一次性打印机墨盒和工具刀片。存储器芯片提供有关控制或操作附件的托管设备附件的信息。该存储的信息可以包括附件的连接数或使用，校准系数和制造商或患者识别和日期。然后可以使用此附件数据来强制对可靠性，准确性，安全性和品牌的产品要求。例如，当存储器数据在产品的验证或测试限制之外时，主机设备可以报警用户，关闭或防止附件操作。
传统的单线通信协议是一种主机体系结构，用于将信息读写到存储器芯片上，而存储器芯片通常以引脚或插座终止。这些电接触端子在重复插入时会磨损，容易受到环境污染，需要在配套连接器总成内精确定位。无线射频识别(RFID)通信协议解决了这类有线连接问题，但可能会引入不同的设计问题。如果有多个内存芯片在主机的检测范围内，主机可能无法正确识别连接的附件。此外，增加主机发射天线和附件接收天线之间的分离距离可能会导致天线尺寸和发射功率变得非常大。
这篇文章描述了一种机械和电力上坚固的无线连接，它可以防止对连接的设备附件的错误识别，同时最小化发射和接收天线的尺寸。微型天线尺寸和接近的分离距离允许不明显的放置在设备的连接直接在接口。这两种天线都可以在塑料或其他非磁性材料中成型或封装，以创建非接触的密封电连接器接口。耦合电感天线有限的广播和收听范围最大限度地减少射频功率发射，同时最大限度地提高通信安全性。
微型电感线圈组件的优化组装配置。发射和接收线圈都是3×4×0.11mm。MAX66240晶片包EEPROM为1.9 x 1.9 x 0.2 mm，0201封装电容为0.6 x 0.3 x 0.3 mm。(图片来源:TDK)
天线设计及操作
图一描绘用于无线安全认证的优化组件。天线是定制平面线圈电路，厚110微米，构造在50微米不锈钢（SST）底座上。从线圈螺旋向电接口焊盘（未示出）的整个柔性电路跨越整个柔性电路的发射线圈的SST基础可以接地以限制电场排放。铜迹线，至少40微米高，宽，具有50微米的中心到中心间距，螺旋形螺旋形式为3×4mm的矩形区域内至少20°。聚酰亚胺层，约10微米厚，来自SST基地的独立铜和周围环境。在13.56MHz下测量的两个天线的电感约为1μH。
两个天线（电感线圈）紧密耦合，使得从发射线圈中的交流电流（AC）产生的磁场在附近接收线圈中引起交流电压。感应电压为将电源直接安装到接收天线的存储器芯片提供电力。在存储器芯片内部是内部开关电路，其以子载波频率以子载波频率调制芯片的阻抗负载。该重复接通和关闭负载切换通过接收天线产生可变电流，导致通过发射天线向主机RF电子器件进行辐射电压信号。载波和子载波频率都被调制幅度，以便在主机和存储器芯片之间产生数字化通信。
内存芯片和主机RF电子器件
接收天线直接安装到具有嵌入式加密的存储器芯片，这是一种256位安全散列算法，其进一步提高了安全认证和通信完整性。芯片生成的子载波频率为423.75 kHz。
射频产生电子用±5交流电压双相射频驱动器激励远程发射天线，每个额定峰值电流为100 mA。载波频率为13.56±0.007 MHz，是fcc规范的工业、科学和医疗(ISM)频段，用于移动低功耗通信。一根两米长的50欧姆阻抗同轴电缆被添加到距离螺旋中心约40毫米的传输线圈的电气连接垫上。
150 pF和240 pF的谐振调谐电容并联安装在各自的发射和接收线圈电路上，以最大限度地提高峰值电压和存储芯片的功率。
电感线圈电压信号随分离距离而衰减。Max66240需要2.9伏的峰值才能工作。当线圈间距为0.9 mm时，两个线圈尺寸居中，写入功能停止。超过0.9毫米读取功能停止。(图片来源:TDK)
通信性能与天线位置
实验研究了电感线圈之间的分离距离和横向排列对通信性能的影响。位置公差结果对设计将容纳和配合两个线圈的连接器组件是有用的。
为了改变天线分离距离，可控的Z轴级千分尺固定到焊接的3×4mm区域存储器芯片的顶表面上，然后粘贴到具有侧安装谐振调谐电容器的接收线圈。对于天线对准变化，控制的XY轴千分尺级附接到发射线圈底部SST表面。操作软件用于在每个坐标位置测试存储芯片的读写功能。分离距离与两个线圈都有0.05至0.90毫米，几乎同心，没有明显的错位。在0.20,0.50,0.65和0.80 mm的分离距离，映射了描绘成功和通信功能失败的XY位置。
将坐标映射到EEPROM线圈组件在不同线圈分离距离处的成功读写功能。在最佳信号中心，从尺寸中心左移，发射线圈可偏离接收线圈±0.5 mm。接收线圈的SST母线，位于螺旋路径，可能已经改变了磁场中心。(图片来源:TDK)
当两个天线线圈在螺旋尺寸中心同心对齐时，通信在大约0.9mm分离距离下失效，图二。在实际的0.65 mm分离距离，XY位置公差是±0.5 mm的信号中心，沿着长转弯4 mm长度尺寸左移，图三。尺寸和信号中心之间的偏移可以是SST层汇流条，其通过电镀通孔连接到外部连接垫的内部铜螺旋。
表1。以1 mm间距为间隔，两个相互耦合的方形螺旋线圈的峰值电流性能模拟结果。作为对比，所有方螺旋的内外宽度分别为10.0 mm和11.0 mm。高长宽比添加工艺产生更高密度的铜道，反过来在13.56 MHz产生更多的共振电流，以有效地驱动更高功率的设备，如led。
铜盘属性 |
高方面添加剂 |
狭窄的添加剂 |
1/3盎司 传统的Flex |
1盎司 传统的Flex |
厚度（微米） |
60. |
10 |
12 |
36 |
宽度（微米） |
43 |
15 |
30. |
90. |
间距(微米) |
7 |
15 |
30. |
90. |
转弯，每0.5毫米宽度 |
10 |
16 |
8 |
3. |
电感(µH) |
2．9 |
7．8 |
1.9 |
0.27 |
电阻（ω） |
2．8 |
76.3. |
15.9 |
0.66 |
电抗电阻比 |
87.9 |
8．7 |
10．1 |
34.7 |
调优电容器(pF) |
47 |
15 |
72. |
550. |
峰二极管电流（MA） |
16 |
3. |
4 |
5 |
了下:电容器，M2M(机器对机器)
