Come fa un telefono ad alimentare un tag che non ha batteria?
Il lettore eccita la propria bobina con una corrente alternata a 13,56 MHz, il che genera un campo magnetico variabile. Il tag si trova dentro quel campo, e nella sua bobina si induce una tensione. Raddrizzata, quella tensione alimenta il chip. Il tag non immagazzina alcuna carica e fuori dal campo non fa assolutamente nulla.
Cosa c'è fisicamente dentro un tag
Se apri un adesivo trovi tre cose: un foglio di plastica, una spirale piatta di alluminio o di rame stampata sopra, e un granello di silicio più piccolo di un seme di sesamo, saldato ai due capi di quella spirale. Nient'altro. Né batteria, né condensatore che trattenga una carica, né orologio che continui a correre in silenzio dentro un cassetto.
La spirale è l'antenna. In un certo senso è anche la fonte di alimentazione.
Un trasformatore con l'aria tra gli avvolgimenti
Quando avvicini un lettore, la sua bobina viene eccitata con una corrente alternata a 13,56 MHz. Una corrente che varia in una bobina genera intorno a sé un campo magnetico che varia. Un campo magnetico che varia e attraversa una seconda bobina vi induce una tensione. Questa è l'induzione, lo stesso effetto che fa funzionare un trasformatore.
L'unica differenza è che un trasformatore ha un nucleo di ferro che costringe quasi tutto il campo ad attraversare il secondo avvolgimento, mentre qui le due bobine sono separate dall'aria, da una custodia di telefono e da ciò su cui il tag è incollato. La frazione di campo che arriva al tag è piccola, e crolla in fretta non appena le bobine si allontanano.
Questa non è la stessa cosa della ricarica senza fili
La ricarica senza fili usa lo stesso principio su un'altra scala: muove watt invece di microwatt, a una frequenza molto più bassa e con bobine pensate per restare quasi sovrapposte. I due sistemi si disturbano, ed è per questo che un tag su una base di ricarica spesso smette di farsi leggere.
Cosa fa il chip con quella energia
La tensione indotta è alternata, quindi il chip la raddrizza e la regola fino a trasformarla in una tensione di alimentazione. Solo dopo comincia a funzionare qualcosa. Il chip si avvia, aspetta un comando dal lettore e risponde.
Tutto questo deve avvenire nella frazione di secondo in cui la tua mano tiene fermo il telefono. È abbastanza veloce perché tu non te ne accorga mai, ma è anche il motivo per cui uno sfioramento troppo fugace non dà nulla: il chip ha bisogno di restare alimentato abbastanza a lungo da chiudere lo scambio, non solo di essere sfiorato un istante.
Perché fallisce di colpo e non a poco a poco
L'accoppiamento in campo vicino si indebolisce con la distanza in modo straordinariamente rapido. Raddoppiare la separazione non dimezza l'energia che arriva al tag, la affossa.
Al di sotto di una soglia il chip semplicemente non raggiunge mai la propria tensione di lavoro. Non esiste funzionamento degradato, né lettura più lenta, né risposta parziale. Il tag si sveglia e risponde, oppure non succede assolutamente nulla. È la cosa più spiazzante dell'NFC per chi è abituato al Wi-Fi, dove un segnale debole dà comunque qualcosa.
Significa anche che lo stato «quasi funziona» non esiste. Se un tag si legge a volte sì e a volte no, sta proprio su quella soglia, e il rimedio è cambiare la geometria, non insistere con più forza.
Cosa discende dal non avere batteria
Un tag passivo costa pochi centesimi, regge anni senza essere usato, non ha bisogno di manutenzione e non può spegnersi né scaricarsi. Queste quattro proprietà sono il motivo per cui l'NFC è finito su schede, manifesti e confezioni, e non il Bluetooth.
Il prezzo è che tutto ciò che il tag fa deve stare nell'energia che il lettore consegna in quell'istante. Non c'è alcun sensore che funziona in background, né orologio, né registro delle letture precedenti, a meno di aggiungere una batteria, il che trasforma l'oggetto in qualcosa di completamente diverso.
Domande frequenti
Un tag si consuma col tempo a forza di leggerlo?
No. In un tag comune non c'è nulla che possa consumarsi. Il chip funziona solo mentre si trova nel campo di un lettore, e per il resto del tempo è completamente inattivo. L'usura viene dalla scrittura, non dalla lettura, e anche allora solo dopo moltissimi cicli di scrittura.
Si può alimentare un tag da più lontano con un lettore più potente?
Solo in modo marginale. La normativa limita quanto campo un lettore può generare, e l'accoppiamento in campo vicino cala così in fretta che perfino un forte aumento di potenza porta pochissima distanza. Ingrandire l'antenna del tag aiuta molto più che forzare il lettore.
Perché il mio tag funziona su un telefono e su un altro no?
I telefoni differiscono per dimensione dell'antenna, per posizione dell'antenna e per quanto campo generano. Un tag che sta proprio sulla soglia di accoppiamento la supera su un apparecchio e su un altro no. Il tag non è difettoso, è al limite.
Il tag va alimentato anche per scriverlo, e non solo per leggerlo?
Sì, e scrivere richiede un po' più energia che leggere, per di più più a lungo. Un tag che si legge in modo affidabile al bordo della sua portata può rifiutare una scrittura in quello stesso punto.