Como um celular alimenta uma tag que não tem bateria?
O leitor percorre a sua própria bobina com uma corrente alternada a 13,56 MHz, o que produz um campo magnético alternado. A tag fica dentro desse campo, e uma tensão é induzida na sua própria bobina. Retificada, essa tensão alimenta o chip. A tag não guarda carga e não faz nada fora do campo.
O que existe fisicamente dentro de uma tag
Descole um adesivo e você encontra três coisas: um filme de plástico, uma espiral plana de alumínio ou de cobre impressa sobre ele, e um grão de silício menor que uma semente de gergelim ligado às duas pontas dessa espiral. Nada mais. Nenhuma bateria, nenhum capacitor guardando carga, nenhum relógio funcionando em silêncio numa gaveta.
A espiral é a antena. E é também, de certo modo, a fonte de alimentação.
Um transformador com ar entre os enrolamentos
Quando você aproxima um leitor, a bobina dele é percorrida por uma corrente alternada a 13,56 MHz. Uma corrente que varia numa bobina produz um campo magnético que varia em torno dela. Um campo magnético que varia atravessando uma segunda bobina induz uma tensão nessa bobina. Isso é indução, e é o mesmo efeito que faz um transformador funcionar.
A única diferença é que um transformador tem um núcleo de ferro forçando quase todo o campo a atravessar o segundo enrolamento, enquanto aqui as duas bobinas estão separadas por ar, por uma capa de celular e pelo que a tag estiver colada. A fração do campo que chega à tag é pequena, e desaba rápido conforme as bobinas se separam.
Isso não é a mesma coisa que carregamento sem fio
O carregamento sem fio usa o mesmo princípio numa escala diferente, movendo watts em vez de microwatts, numa frequência muito mais baixa e com bobinas projetadas para ficar quase se tocando. Os dois sistemas interferem um com o outro, e é por isso que uma tag colocada sobre uma base de carregamento muitas vezes para de ser legível.
O que o chip faz com a energia
A tensão induzida é alternada, então o chip a retifica e a regula num trilho de alimentação. Só então alguma coisa funciona. O chip liga, escuta um comando do leitor, e responde.
Tudo isso tem de acontecer dentro da fração de segundo em que a sua mão mantém o celular parado. É rápido o bastante para você nunca notar, mas é também por isso que um toque muito rápido não devolve nada: o chip precisa ficar alimentado tempo suficiente para completar a troca, e não apenas ser tocado.
Por que a falha é abrupta em vez de gradual
O acoplamento no campo próximo enfraquece extremamente rápido com a distância. Dobrar a folga não reduz à metade a energia que chega à tag, ela desaba.
Abaixo de um limite o chip simplesmente nunca alcança a sua tensão de funcionamento. Não existe modo degradado, nem leitura mais lenta, nem resposta parcial. A tag acorda e responde, ou nada acontece. É a coisa mais confusa do NFC para quem está acostumado ao Wi-Fi, onde um sinal fraco ainda dá alguma coisa.
Significa também que “quase funcionando” não é um estado que exista. Se uma tag é lida de forma intermitente, ela está exatamente nesse limite, e a correção é mudar a geometria em vez de insistir.
O que decorre de não ter bateria
Uma tag passiva custa alguns centavos, sobrevive anos sem uso, não precisa de manutenção e não pode ser desligada nem descarregada. Essas quatro propriedades são a razão pela qual o NFC acabou em cartões, cartazes e embalagens em vez do Bluetooth.
O preço é que tudo o que a tag faz tem de caber na energia que o leitor fornece naquele instante. Não existe sensor funcionando em segundo plano, nem relógio, nem registro das leituras anteriores, a menos que se acrescente uma bateria, o que transforma o objeto em outra coisa.
Perguntas frequentes
Ler uma tag a desgasta com o tempo?
Não. Não existe nada numa tag comum para descarregar. O chip só funciona enquanto está dentro do campo de um leitor e está completamente inerte o resto do tempo. O desgaste vem da gravação, não da leitura, e só depois de um número muito grande de ciclos de gravação.
Uma tag pode ser alimentada de mais longe com um leitor mais forte?
Só marginalmente. A regulamentação limita quanto campo um leitor pode produzir, e o acoplamento no campo próximo cai tão rápido que mesmo um grande aumento de potência compra muito pouca distância. Aumentar a antena da tag ajuda muito mais do que forçar o leitor.
Por que a minha tag funciona num celular e não em outro?
Os celulares diferem no tamanho da antena, na posição dela e em quanto campo produzem. Uma tag que está perto do limite de acoplamento vai cruzá-lo num aparelho e não no outro. A tag não está com defeito, ela está no limite.
A tag precisa ser alimentada para ser gravada, além de lida?
Sim, e gravar precisa de um pouco mais de energia do que ler, mantida por mais tempo. Uma tag que é lida com segurança no limite do seu alcance pode não aceitar uma gravação na mesma posição.