基于實(shí)時(shí)頻譜分析儀的RFID和NFC測量

　RFID系統、特別是帶有反向散射無(wú)源終端的RFID系統，給測試和診斷帶來(lái)了獨特的挑戰。定時(shí)測量是尤其要注意的一個(gè)問(wèn)題，因為它可能要求系統閱讀器，非常迅速地、無(wú)差錯地從多個(gè)終端中讀取ID數據。

　　大多數RFID系統采用瞬變時(shí)分雙工（TDD）方案，其中詢(xún)問(wèn)器和終端依次在同一條信道上通信。為使用串行TDD復用方案在非常短的時(shí)期內讀取多個(gè)ID終端，標準要求非常精確的定時(shí)。因此，數據交換上的定時(shí)測量帶來(lái)了獨特的RFID挑戰。瞬變RFID信號通常包含頻譜效率低下的調制，其采用專(zhuān)用PCM符號編碼和解碼。調試接收這些異常信號的零差詢(xún)問(wèn)器或終端要求特殊的信號分析儀功能。傳統上，掃頻分析儀、矢量信號分析儀和示波器一直用于無(wú)線(xiàn)數據鏈路開(kāi)發(fā)。這些限制使其在現代RFID產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)中的應用效率很低。

　　在歷史上，頻譜分析儀一直是檢定發(fā)射機RF頻譜輸出的首選工具，以保證滿(mǎn)足輻射法規限制。傳統的掃頻分析儀主要是為分析連續信號開(kāi)發(fā)的，而不是為與現代RFID產(chǎn)品相關(guān)的間歇性RF瞬變開(kāi)發(fā)的。這會(huì )導致各種測量問(wèn)題，特別是精確地捕獲和檢定瞬變RF信號。類(lèi)似的，矢量信號分析儀在捕獲瞬變RF信號方面的能力非常小，其最初也是為CW信號研制的。盡管大多數矢量信號分析儀為流行的頻譜效率低的調制提供了全面的解調能力，但當前產(chǎn)品幾乎不能支持頻譜效率低的RFID調制及特殊的PCM解碼要求。這使得當前一代矢量信號分析儀對RFID工程師的價(jià)值很小。

　　長(cháng)期來(lái)，示波器一直是分析基帶信號的重要工具。最近幾年，某些示波器已經(jīng)把取樣速度擴展到非常高的微波頻率。但是，對RFID系統上的UHF或更高頻率的測量，它們仍是次優(yōu)工具。相對于現代實(shí)時(shí)頻譜分析儀，快速示波器的測量動(dòng)態(tài)范圍明顯要低得多，并缺少調制和解碼功能。

　　實(shí)時(shí)頻譜分析儀解決了傳統測量工具的局限性，為RFID工程師提供了效率高得多測試和診斷感受。脈沖式終端讀取和寫(xiě)入要求使用為瞬變信號優(yōu)化的RF分析儀。由于獨特的實(shí)時(shí)結構和時(shí)間相關(guān)顯示功能，泰克實(shí)時(shí)頻譜分析儀產(chǎn)品系列特別適合檢定瞬變信號。RTSA擁有必要的數字處理速度，可以使用實(shí)時(shí)快速傅立葉變換（FFT）把輸入信號從時(shí)域無(wú)縫地變換到頻域，然后再捕獲數據記錄。這使RTSA能夠實(shí)時(shí)比較頻譜幅度與用戶(hù)設置的頻率模板。然后RTSA可以觸發(fā)捕獲感興趣的頻譜事件，然后詳細進(jìn)行脫機分析。

　　這對RFID應用是一種重要功能，因為它允許工程師開(kāi)始捕獲以初始頻譜突發(fā)開(kāi)頭的整個(gè)瞬變詢(xún)問(wèn)器和終端交互。此外，泰克頻率模板觸發(fā)（FMT）專(zhuān)利技術(shù)可以可靠地捕獲現實(shí)頻譜環(huán)境中復雜的詢(xún)問(wèn)器和終端交互，在這些環(huán)境中，其它信號的實(shí)際幅度可能要更大。

　　RSA3408A擁有充足的內存功能及高精度觸發(fā)能力，可以捕獲閱讀器和終端之間的整個(gè)交換。然后可以使用完整的數據記錄，迅速診斷系統交互。實(shí)時(shí)頻譜分析儀全面使用時(shí)間相關(guān)多域分析技術(shù)，用戶(hù)可以在不同畫(huà)面之間使用高精度時(shí)間相關(guān)標尺，顯示多個(gè)測量域。例如，可以把一個(gè)標尺放在錯誤的符號位上，儀器將關(guān)聯(lián)這個(gè)標尺，即時(shí)對應功率隨時(shí)間變化畫(huà)面或頻譜圖。

　　時(shí)間相關(guān)的多個(gè)分析域大大增強了診斷能力和可靠性，可以在不同畫(huà)面中有效確定引起事件的異常波形。

　　除了能夠有效觸發(fā)和捕獲瞬變RFID信號外，RTSA還提供了測試測量業(yè)內第一個(gè)RFID分析軟件包。通過(guò)這一軟件包，RSA3408A可以解調、解碼和測量許多RFID應用中使用的特殊信號。
與RFID應用使用的傳統測試設備相比，現代RSA3408A可以提供快得多、更加高效的診斷和檢定體驗。為演示RTSA的輔助工具，下面我們將考察某些常見(jiàn)的RFID測量……

　　RFID測量

　　在把產(chǎn)品推向市場(chǎng)時(shí)，RFID工程師面臨著(zhù)各種設計挑戰。首先，產(chǎn)品必須滿(mǎn)足把能量輻射到頻譜中相關(guān)的本地頻率法規。其次，詢(xún)問(wèn)器和終端交互必須可靠地一起運行。為此，詢(xún)問(wèn)器和終端必須符合相應的行業(yè)標準。最后，為保證競爭力，必須優(yōu)化RFID系統的性能，以吸引某個(gè)細分市場(chǎng)。這可能意味著(zhù)使每秒交易數量達到最大，在密集的閱讀器環(huán)境中運行或擴大閱讀器在更遠距離內通信的能力。

　　為說(shuō)明RTSA和RFID分析軟件怎樣成為RFID測試不可或缺的組成部分，我們先介紹為遵守政府法規而檢定頻譜輻射時(shí)必須進(jìn)行的主要測量。

　　遵守政府法規

　　政府法規要求必須在功率、頻率和帶寬上控制發(fā)送的信號。這些法規防止有害的干擾，保證每臺發(fā)射機在頻譜上對頻段中的其它用戶(hù)是好鄰居。配有RFID軟件的RSA3408A可以簡(jiǎn)便地測量政府法規規定的頻譜參數。

　　對脈沖式信號進(jìn)行功率測量可能對許多頻譜分析儀極具挑戰性。RTSA的瞬變信號優(yōu)化功能可以簡(jiǎn)單地測量脈沖式RFID分組傳輸中的功率。FFT分析在分組傳輸過(guò)程中對任何一定時(shí)間周期都提供一個(gè)完整的頻譜幀，而不需要象老式掃頻分析儀那樣同步調諧掃描與分組突發(fā)。此外，傳統頻譜分析儀需要校正系數，補償連續對數視頻放大器（SLVA）峰值檢測電路，而RTSA則使用真正的RMS檢測方法，對大多數法規測量都能精確地讀取功率。

　　另一個(gè)重要的頻譜輻射測量項目是信號的載頻?？梢酝ㄟ^(guò)兩種方式表達這一測量：實(shí)際絕對載頻或分配的一定信道頻率的載頻誤差。在解調信號時(shí)，RTSA將顯示載頻誤差。在頻譜分析模式下，可以選擇測量按鈕，然后使用載頻軟鍵，來(lái)顯示絕對載頻。解調后的載頻測量有一個(gè)明顯優(yōu)勢是，它不要求信號位于跨度的中心。這特別適合跳頻信號。

　　類(lèi)似的，也可以通過(guò)兩種方式獲得占用帶寬（OBW）或輻射帶寬（EBW）。在解調模式下，RTSA顯示OBW和EBW及載頻和傳輸功率電平。在實(shí)時(shí)頻譜分析儀模式下，測量鍵下也提供了帶寬測量。

　　通過(guò)使用這些預編程的自動(dòng)測量功能，可以迅速精確地獲得基本法規數據。這消除了對傳統頻譜分析儀連接同軸電纜，測量瞬變RFID信號的麻煩。RTSA識別調制，只需按一個(gè)按鈕就可以提供答案。

　　滿(mǎn)足行業(yè)標準

　　可靠的詢(xún)問(wèn)器和終端交互要求遵守各種行業(yè)標準，如ISO 18000-6 C類(lèi)規范。這在基本測試之上增加了許多測試，以滿(mǎn)足政府頻譜輻射要求。RF一致性測試對終端和閱讀器之間可靠地互操作至關(guān)重要。

　　RSA3408A的RFID軟件包含ISO 18000-4模式1和ISO18000-6 A類(lèi)、B類(lèi)和C類(lèi)標準所需的關(guān)鍵測量。RTSA上預編程的測量消除了檢查這些信號格式要求的大部分設置時(shí)間。

　　例如，ISO 18000-6 C類(lèi)的一項重要測量是開(kāi)機時(shí)間和關(guān)機時(shí)間。必須立即打開(kāi)載波能量的上升時(shí)間，以保證終端采集足夠的能量、以便正確運行。信號還必須穩定到穩定水平。在傳輸結束時(shí)，信號突發(fā)的下降時(shí)間必須足夠快，避免干擾其它傳輸。

　　在解調模式下，選擇相應的RFID標準和類(lèi)型，壓下分析儀的軟鍵，選擇Power On/Down.然后RTSA會(huì )自動(dòng)測量開(kāi)機上升時(shí)間、關(guān)機下降時(shí)間、功率穩定時(shí)間、過(guò)沖和下沖。為查看更詳細的信息，RTSA還在測量窗口中顯示波形特點(diǎn)。

　　詢(xún)問(wèn)器和終端之間的通信通過(guò)開(kāi)機周期中的ASK信號突發(fā)完成。這些信號突發(fā)構成了RF包絡(luò )，對互操作能力非常重要。調制脈沖包絡(luò )包含著(zhù)確保閱讀器和終端之間兼容能力必不可少的特點(diǎn)。RTSA的RFID軟件自動(dòng)測量RF包絡(luò )指標，如開(kāi)機脈寬、關(guān)機脈寬、占空比、開(kāi)機紋波、關(guān)機紋波和RF包絡(luò )邊沿斜率。
RSA3408A可以檢定各種調制包絡(luò )，包括DSB-ASK、SSB-ASK和PR-ASK.為簡(jiǎn)化協(xié)議傳輸跟蹤工作，RFID軟件用索引號標記各個(gè)突發(fā)。分析儀進(jìn)一步把突發(fā)劃分成包絡(luò )編號，在細節畫(huà)面中顯示各個(gè)符號參數。

　　測試專(zhuān)有通信方案

　　許多RFID和NFC設備采用為特定市場(chǎng)應用優(yōu)化的專(zhuān)有通信方案。RTSA提供了各種靈活的調制測量，可以使用手動(dòng)配置的測量來(lái)測試專(zhuān)有系統。該儀器允許用戶(hù)定義調制類(lèi)型、解碼格式和數據速率?？梢栽O置頻率對系統進(jìn)行測試，包括低頻（LF）頻段（125kHz-135kHz）， 高頻（HF）頻段（13.56MHz）， 超高頻（UHF）頻段（868-928MHz），甚至包括S頻段微波（2.45GHz）。

　　例如，用戶(hù)可以手動(dòng)設置RSA，測試NFC設備是否符合ISO 18092，測試其與符合ISO 14443 A型和B型的設備的互操作能力。用戶(hù)只需把RTSA的頻率設成13.56MHz，把調制類(lèi)型設成ASK或BPSK （B型卡/目標），把解碼格式設成Modified Miller， Manchester或NRZ，把數據速率設成106、212或424Kb/s.

　　RSA3408A全面的通用調制測量功能支持許多調制類(lèi)型，其數據速率可以高達51.2Mbps.此外，它支持多個(gè)解碼方案，使其成為專(zhuān)有RFID或NFC系統的理想工具。

　　獲得競爭優(yōu)勢

　　一旦滿(mǎn)足基本規范，非常重要的一點(diǎn)是優(yōu)化RFID產(chǎn)品的部分功能，在特定細分市場(chǎng)中獲得競爭優(yōu)勢。RTSA特別適合最大限度地提高系統性能，同時(shí)最大限度地減少工程師實(shí)現所需目標必需完成的工作。

　　其中一個(gè)實(shí)例是優(yōu)化一定時(shí)間內可能的終端讀取數量。這可以提高整體系統容量，使其更能吸引高利潤大批量應用。使容量達到最大的一個(gè)重要要素是使每個(gè)終端應答的雙向時(shí)間（TAT）達到最小。提供的RF 功率、路徑增噪和符號速率變化可能會(huì )延長(cháng)終端回復詢(xún)問(wèn)器查詢(xún)所需的時(shí)間?；貜驮铰?，閱讀多個(gè)終端所需的時(shí)間越長(cháng)。能夠迅速測量半雙工系統的雙向時(shí)間對優(yōu)化性能至關(guān)重要。RTSA可以簡(jiǎn)便地測量TAT.

　　首先，詢(xún)問(wèn)器和終端之間的整個(gè)查詢(xún)捕獲到分析儀中。在選擇符號表的解調模式下，在視圖定義窗口中，用戶(hù)把RTSA設置成在子窗口中顯示功率隨時(shí)間變化。然后使用視圖選擇和標度鍵，把子窗口放大到終端反向散射的波形部分。

　　根據慣例，從下行傳輸（R=>T）結束到下一個(gè)下行傳輸開(kāi)始之間的時(shí)間是半雙工系統的雙向時(shí)間或TAT.因此，通過(guò)把標尺放在終端詢(xún)問(wèn)末尾，把第二個(gè)增量標尺放在反向散射末尾或下一個(gè)詢(xún)問(wèn)器數據傳輸開(kāi)始，可以精確測量雙向時(shí)間。在最寬的下行條件范圍內保持最短的TAT，有助于使系統吞吐量達到最大。

　　RTSA還可以解調與終端查詢(xún)有關(guān)的符號或碼。用戶(hù)只需選擇相應的RFID標準、調制類(lèi)型和解碼格式。分析儀可以自動(dòng)檢測和顯示鏈路的位速率。為進(jìn)一步增強工程師的生產(chǎn)效率，恢復的數據符號根據功能標上色碼。RTSA自動(dòng)識別前置碼，并把這些符號的顏色變成黃色。這就可以簡(jiǎn)便地識別實(shí)際數據凈荷，并與已知值進(jìn)行比較。

　　優(yōu)化通信通常要求全面診斷，校正可能影響系統性能的問(wèn)題。許多傳統信號分析儀不能簡(jiǎn)便地提供調試復雜的RFID系統所需的診斷信息。如果沒(méi)有RTSA一流的頻率模板觸發(fā)功能來(lái)可靠地捕獲重要頻譜、全面的ASK解調和專(zhuān)用RFID符號解碼功能，工作臺上的工程設計效率可能會(huì )下降到不可接受的水平。這為解決快速發(fā)展的RFID行業(yè)中的災難提供了一劑良方。

　　實(shí)時(shí)頻譜分析儀的時(shí)間相關(guān)多域顯示功能意味著(zhù)通過(guò)在每個(gè)顯示畫(huà)面的標尺之間建立時(shí)間關(guān)聯(lián)，可以一次查看多個(gè)畫(huà)面。時(shí)間相關(guān)多域顯示特別適合調試和診斷工作。

　　把一個(gè)標尺放在頻譜圖的異常波形上，可以自動(dòng)與該事件對應的符號標尺相關(guān)。時(shí)間相關(guān)顯示在診斷分析中消除了猜測工作，大大改善了查看問(wèn)題的可靠性。工程師不必假設功率隨時(shí)間變化毛刺導致了數據錯誤，因為時(shí)間相關(guān)的標尺證明這兩個(gè)事件同時(shí)發(fā)生。
這些功能使得RSA3408A特別適合解決當前的RFID問(wèn)題。與老式分析儀不同，如為完全不同的通信設備時(shí)代設計的掃頻分析儀或矢量信號分析儀，現代RTSA提供了一個(gè)解決方案，可以以極具競爭力的步伐迅速啟動(dòng)和運行RFID系統。一旦RFID系統正確運行，下一步通常是在向市場(chǎng)推出前準備進(jìn)行一致性認證。

　　通過(guò)RTSA進(jìn)行預一致性測試

　　許多行業(yè)標準要求一致性認證，以使用確保性能兼容能力的商標。每個(gè)審批標志對潛在客戶(hù)都非常重要，因為它提供了某些獨立保證，確保系統將能夠與來(lái)自不同廠(chǎng)商的各種閱讀器和終端正確運行。

　　一致性測試在很大程度上類(lèi)似于一項公正客觀(guān)的測試。如果準備充分，可以獲得令人激動(dòng)的、回報巨大的感受。如果準備不充分，則可能感覺(jué)不會(huì )太好。遺憾的是，在快速發(fā)展的RFID行業(yè)中，一致性認證準備不充分最大的代價(jià)通常是喪失產(chǎn)品上市的機會(huì )成本。未能通過(guò)一致性認證測試、不得不重新安排另一次測試可能需要幾周的時(shí)間，導致最新推出的產(chǎn)品喪失大量的收入機會(huì )。

　　產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和銷(xiāo)售收入喪失在很大程度上取決于是否正確準備好通過(guò)一致性測試。許多公司認識到這一點(diǎn)，在預一致性測試進(jìn)行大量投入，幫助保證在第一次就迅速通過(guò)測試。在設計離開(kāi)公司前發(fā)現存在問(wèn)題的成本要比在一致性認證實(shí)驗室發(fā)現問(wèn)題的成本低得多。通過(guò)高效的預一致性測試設備，多用幾天測試可以避免幾周喪失收入的惡果。

　　經(jīng)過(guò)認證的測試實(shí)驗室通常使用量身定制的自動(dòng)測試系統進(jìn)行一致性測試。一致性測試通常要比典型工作臺開(kāi)發(fā)測試全面得多。如果測量速度太慢，那么大多數工程師對設計進(jìn)行窮盡測試所需的時(shí)間可能會(huì )變得沒(méi)有意義。在這方面，RSA3408A可以為工程師提供杰出的預一致性測試優(yōu)勢。

　　RSA3408A獨特的RFID測量軟件可以迅速檢定許多關(guān)鍵行業(yè)規范要求。內置表格數據顯示使得工程師能夠迅速查找一致性問(wèn)題。在傳統的測試設備中，進(jìn)行多項測量要求大量的人力，因此在邏輯上只可能檢查一些點(diǎn)。RSA3408A可以高速進(jìn)行測量，允許工程師進(jìn)行近似窮盡的一致性測試。

　　大家已經(jīng)看到，可以使用RTSA的RFID測量軟件方便地單鍵設置許多重要的RF測量。能夠迅速重新檢查一系列指標，降低了在實(shí)際一致性測試出現大的失敗的可能性。例如，在各種條件下認真進(jìn)行預一致性測量可以測試詢(xún)問(wèn)器的數據突發(fā)開(kāi)機、關(guān)機和RF包絡(luò )紋波，幫助在認證過(guò)程中避免這些問(wèn)題。

　　使用RSA3408A作為預一致性測量工具可望消除預一致性測量設備和一致性測量設備之間的測量算法誤差。RSA3408A提供了測試行業(yè)內第一個(gè)專(zhuān)用RFID測量套件，這種領(lǐng)導地位使其迅速被各種RFID專(zhuān)家所采用，包括一致性測試實(shí)驗室。通過(guò)使用RSA3408A進(jìn)行多項測量，制造商的RFID產(chǎn)品將更有機會(huì )成功地通過(guò)一致性認證。
如果在一致性測試過(guò)程中發(fā)生問(wèn)題，便于攜帶的單一產(chǎn)品RTSA可以迅速調試電路。一旦知道了一致性測試失敗條件，RTSA的多域相關(guān)分析功能可以提供必要的洞察力，跟蹤問(wèn)題，直到根本原因。RSA3408A可以幫助工程師迅速識別問(wèn)題，在一致性測試工作中救急。這可以防止使用過(guò)時(shí)、低效的測試設備時(shí)發(fā)生的冗長(cháng)的復發(fā)問(wèn)題。

　　總結

　　RFID行業(yè)涵蓋了各種各樣的技術(shù)和應用，其中許多技術(shù)和應用不同于典型的通信鏈路。最新國際RFID標準要求完善的FHSS信號、由ASK調制構成的瞬變半雙工RF突發(fā)及不同尋常的編碼和強健的反沖突協(xié)議。為減少對精細測量設置的需求，簡(jiǎn)化用戶(hù)接口，簡(jiǎn)便獲得診斷洞察力，泰克推出了配有RFID分析軟件的RSA3408A實(shí)時(shí)頻譜分析儀。

　　通過(guò)第一個(gè)完善的RFID分析軟件包，實(shí)時(shí)頻譜分析儀支持各種流行的國際RFID標準。這一功能大大加快了開(kāi)發(fā)診斷、預一致性測試和生產(chǎn)檢查工作。此外，RFID分析軟件包全面支持時(shí)間相關(guān)多域測量，改善了調試評估的可靠性。

　　要求解調DSB-ASK， SSB-ASK和PR-ASK及對每種支持的格式要求必要的符號解碼的測量標準，現在在RSA3408A上只需按一個(gè)鍵就可以簡(jiǎn)便完成。這大大增強了工程設計效率，同時(shí)縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。RTSA還可以幫助工程師進(jìn)行傳統掃頻分析儀或矢量信號分析儀不能完成的或要求精細耗時(shí)的測試調諧的RFID測量。

　　不管是調試在開(kāi)發(fā)階段面臨的問(wèn)題、滿(mǎn)足政府頻譜法規還是通過(guò)一系列預一致性測試、準備進(jìn)行產(chǎn)品認證，RTSA都為分析詢(xún)問(wèn)器和終端生成的RFID信號提供了理想的解決方案。