淺析射頻標識RFID測試技術(shù)

中心議題：

淺析射頻標識RFID測試技術(shù)

解決方案：

預一致性測試有助于產(chǎn)品一致性測試

使用 RTSA可以很容易地測量 TAT

隨著(zhù)閱讀器與標簽價(jià)格的降低和全球市場(chǎng)的擴大，射頻標識 RFID(以下簡(jiǎn)稱(chēng)RFID)的應用與日俱增。標簽既可由閱讀器供電(無(wú)源標簽)，也可以由標簽的板上電源供電(半有源標簽和有源標簽)。由于亞微型無(wú)源 CMOS 標簽的成本降低，庫存和其他應用迅速增加。一些評估表明，隨著(zhù)無(wú)源標簽的價(jià)格持續下降，幾乎每一個(gè)售出產(chǎn)品的內部都將有一個(gè) RFID 標簽。由于無(wú)源 RFID 標簽的重要性及其獨特的工程實(shí)現的挑戰性，本文將重點(diǎn)研究無(wú)源標簽系統。

當接收到來(lái)自閱讀器的 CW 信號時(shí)，無(wú)源標簽對射頻 RF(以下簡(jiǎn)稱(chēng) RF)能量進(jìn)行整流以生成保持標簽工作所需的小部分能量，然后改變其天線(xiàn)的吸收特點(diǎn)以調制信號，并通過(guò)反向散射反射給閱讀器 [參閱圖1]。RFID 系統通常使用簡(jiǎn)便的調制技術(shù)和編碼體制。然而，簡(jiǎn)單調制技術(shù)的頻譜效率低，對于某一給定的數據速率，它所要求的 RF 帶寬多。在調制前，必須將數據進(jìn)行編碼形成一連續的信息流?？捎玫奈痪幋a體制有很多類(lèi)型，每一類(lèi)編碼都有其基帶頻譜性能的獨特優(yōu)勢、編解碼的復雜性以及在時(shí)鐘驅動(dòng)下將數據寫(xiě)入到存儲器的困難性。由于標簽板上定時(shí)源很難達到實(shí)際所需的準確性，以及挑戰性的帶寬要求和最大化 RF 能量傳輸以向標簽供應能量等原因，無(wú)源標簽對所使用的編碼體制有獨特的要求。最后，需要某種防沖突協(xié)議以便閱讀器能夠讀取其覆蓋范圍內的所有標簽。

RFID測試綜述

每一個(gè) RFID 通信系統都必須通過(guò)監管要求并符合所用標準。然而，今天，系統優(yōu)化將這個(gè)快速增長(cháng)產(chǎn)業(yè)中的勝者與輸者分離開(kāi)來(lái)。本文討論的是 RFID 通信系統的設計師所面對的測試挑戰：監管測試、標準一致性和優(yōu)化。

RFID 技術(shù)有幾個(gè)不同尋常的工程測試挑戰，例如瞬時(shí)信號、帶寬效率低的調制技術(shù)和反向散射數據。傳統的掃頻調諧頻譜分析儀、矢量信號分析儀和示波器已被用于無(wú)線(xiàn)數據鏈路的開(kāi)發(fā)。然而，這些工具用于 RFID 測試時(shí)都存在一些缺點(diǎn)。掃頻調諧頻譜分析儀難以準確捕獲和刻畫(huà)瞬時(shí) RF 信號。矢量信號分析儀實(shí)際上不支持頻譜效率低的 RFID 調制技術(shù)及特殊解碼要求?？焖偈静ㄆ鞯臏y量動(dòng)態(tài)范圍小，不具備調制和解碼功能。實(shí)時(shí)頻譜分析儀 RTSA(以下簡(jiǎn)稱(chēng) RTSA)克服了這些傳統測試工具的局限性，具備對瞬時(shí)信號的優(yōu)化，通過(guò)泰克享有專(zhuān)利的頻率模板觸發(fā)器能夠可靠觸發(fā)復雜的真實(shí)頻譜環(huán)境下的特定頻譜事件。

圖1：無(wú)源標簽對射頻 RF能量進(jìn)行整流并調制信號，然后反向散射反射給閱讀器。

監管測試

每個(gè)電子設備制造商都必須符合設備銷(xiāo)售地或使用地的監管標準。許多國家正在修改監管法規以緊跟無(wú)源 RFID 標簽的獨特數據鏈路特點(diǎn)。大多數監管部門(mén)禁止設備的 CW 發(fā)射，除非用于短期測試。無(wú)源標簽要求閱讀器發(fā)送 CW 信號以向標簽供應能量并經(jīng)過(guò)反向散射實(shí)現調制。即使無(wú)源標簽沒(méi)有一個(gè)典型的發(fā)射器，仍能發(fā)出一個(gè)被調制的信號。然而，許多規定并沒(méi)有涉及基于無(wú)發(fā)射器的調制。多種頻譜發(fā)射測試并沒(méi)有明確地包含在閱讀器的 RFID 標準中，但卻成為了規定。

政府規定要求控制發(fā)射信號的功率、頻率、帶寬。這些規定防止有害干擾并保證每個(gè)發(fā)射者都是頻帶內其他用戶(hù)的友好鄰居。對于許多頻譜分析儀特別是通常用于脈沖信號能量測量的掃頻頻譜分析儀，進(jìn)行此類(lèi)測量是具有挑戰性的。RTSA 能夠分析一個(gè)完整的分組發(fā)射過(guò)程的能量特點(diǎn)，也能直接測量跳頻信號的載波頻率，而無(wú)需將信號置于一個(gè)跨度的中心。按一下按鍵，分析儀就能識別一個(gè)瞬時(shí) RFID 信號的調制方式并能夠對功率、頻率和帶寬進(jìn)行監管測量，使預一致性(pre-compliance)測試過(guò)程變得非常靈活和方便 [參閱圖2]。預一致性測試有助于確保產(chǎn)品一次通過(guò)一致性測試，而無(wú)需重新設計和重新測試。

圖2：預一致性測試過(guò)程

標準一致性

閱讀器和標簽之間可靠的相互作用要求與 ISO 18000-6 C 類(lèi)型規范等產(chǎn)業(yè)標準相一致。該要求增加了許多超出基本要求的測試以滿(mǎn)足政府的頻譜發(fā)射要求。RF 一致性測試十分關(guān)鍵，有助于確保標簽和閱讀器間的可靠協(xié)同工作。

預編程測量能減少進(jìn)行這些測試所需的建立時(shí)間。例如，ISO18000-6 C 類(lèi)型的一個(gè)重要測量是啟動(dòng)時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間。載波能量上升時(shí)間必須足夠快以保證標簽采集到使其正常工作的充足能量。信號也必須迅速達到穩定狀態(tài)。發(fā)射結束時(shí)，載波能量下降時(shí)間必須足夠快，以防止其他發(fā)射受到干擾 [參閱圖3]。

圖3：發(fā)射結束時(shí)，載波能量下降時(shí)間必須足夠快，以防止其他發(fā)射受到干擾。

一些 RFID 設備使用了經(jīng)過(guò)優(yōu)化的面向特定應用的專(zhuān)用通信機制。這種情況下，工程師需要一種分析儀能夠提供多種調制和編碼機制，可根據所使用的特定格式，對這些調制和編碼機制進(jìn)行編程調整。

優(yōu)化

一旦滿(mǎn)足基本規范，對 RFID 產(chǎn)品的性能進(jìn)行優(yōu)化以贏(yíng)得某一特定市場(chǎng)空間的競爭優(yōu)勢就顯得尤為重要。性能指標包括標簽的讀取速度、標簽在多閱讀器環(huán)境中的工作能力和標簽與閱讀器之間的距離。在消費應用中，標簽與閱讀器之間的通信速度直接影響用戶(hù)的滿(mǎn)意度。例如，使用 RFID 的公共運輸業(yè)，讀取時(shí)間由 5 秒鐘降低到小于半秒鐘后，才得到廣泛認可。在工業(yè)應用中，速度就意味著(zhù)生產(chǎn)量：生產(chǎn)量越高，資金和人力資源的使用效率就越高。由于無(wú)源標簽從 RFID 閱讀器獲得它們正常工作所需的能量，多個(gè)閱讀器可能導致標簽試圖對詢(xún)問(wèn)它的每一個(gè)閱讀器都進(jìn)行響應。在多閱讀器情況下，為改善系統的吞吐量需要使用某種防沖突協(xié)議。最后，為最大化標簽的讀取范圍，載波對噪聲(carrier to noise)的要求應當最小化，但是這可能與通過(guò)最小化載波的不工作時(shí)間以防止標簽耗盡能量的需要相沖突。這些優(yōu)化措施對工程師和測量設備提出了挑戰。