泰克挑戰RFID測試三道難關(guān)

　物聯(lián)網(wǎng)遙不可及還是近在咫尺?工信部電信研究院在2011年5月發(fā)布的物聯(lián)網(wǎng)白皮書(shū)中預計，“十二五”期末中國物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)規模將達到5,000多億元，形成萬(wàn)億元級規模的時(shí)間節點(diǎn)預計在“十三五”后期。

　　正如中國電子學(xué)會(huì )物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)家委員會(huì )副主任陳章龍教授日前在深圳2011國際物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展高峰論壇上指出的：“物聯(lián)網(wǎng)還要7-8年后才能找到大規模應用的商業(yè)模式。”可見(jiàn)，雖然物聯(lián)網(wǎng)概念廣泛流傳，但由于行業(yè)標準規范缺失、核心技術(shù)缺位、成本高、應用模式不成熟、統籌規劃和管理缺乏等障礙，該產(chǎn)業(yè)短期內在整體上還難以快速增長(cháng)。

　　不過(guò)業(yè)內人士普遍認為，在部分閉環(huán)行業(yè)應用領(lǐng)域如物流、交通、電力等，物聯(lián)網(wǎng)還是擁有較為迫切的市場(chǎng)需求，并已引發(fā)部分物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如作為物聯(lián)網(wǎng)“觸角”的RFID技術(shù)的大規模應用，特別是在目前政府的大力支持下，“觸角”無(wú)疑成為現階段的“主角”。

　　“物聯(lián)網(wǎng)的應用范圍比較廣，但不管哪個(gè)細分領(lǐng)域都要用到RFID技術(shù)，我們在各種物聯(lián)網(wǎng)展會(huì )上看到RFID上下游企業(yè)在大唱主角兒，不少RFID的研發(fā)企業(yè)和項目也率先獲得今年國家物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)項基金的扶持。”泰克公司高級應用工程師曾志在本次物聯(lián)網(wǎng)高峰論壇的演講開(kāi)場(chǎng)白中表示，“因此，從技術(shù)開(kāi)發(fā)的角度來(lái)說(shuō)，解決RFID設計和應用面臨的挑戰是現階段物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的首要任務(wù)之一。”

　　圖1：泰克公司高級應用工程師曾志在闡述實(shí)時(shí)信號分析儀(RTSA)和MDO混合域示波器在物聯(lián)網(wǎng)測試中的應用。

　　RFID的信號特點(diǎn)即是難點(diǎn)

　　中國目前已形成基本齊全的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系，眾所周知，在網(wǎng)絡(luò )通信相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)支持能力方面，中國與國外的差距已相對較小，但傳感器、RFID等感知端制造產(chǎn)業(yè)、高端軟件與集成服務(wù)與國外差距還很大。

　　正是RFID信號的特點(diǎn)決定了RFID芯片和系統開(kāi)發(fā)與測試的難點(diǎn)所在。泰克公司的曾志在演講中分析道，RFID主要由三部分組成：讀寫(xiě)器，應答器(標簽)，以及天線(xiàn)，讀寫(xiě)器和標簽靠天線(xiàn)交換信息。RFID信號是間歇性微功率發(fā)射，有些標準還會(huì )有跳頻信號，而且存在多標準和多制式的局面：1.不同的標準使用不同的頻段(LF，HF，UHF，2.4GHz，5.8GHz等);2.采用不同的調制方式，如ASK，BPSK，FSK等;3.不同標準有著(zhù)不同的編碼方式如NRZ，Miller，FM0，PIE等。

　　“目前被較多廠(chǎng)商支持的RFID常見(jiàn)標準包括ISO15693(鄰近式非接觸)、ISO14443(接近式非接觸)、以及EPC Class1 Generation2(新一代超高頻RFID無(wú)線(xiàn)接口標準，等同于ISO18000-6C)，在中國還制定了針對交通運輸應用的‘免停車(chē)自動(dòng)收費系統’標準——ETC China。”曾志介紹說(shuō)，“這些標準的載波頻段、RF接口參數各不相同，而且EPC Class1 Generation2的900MHz UHF 頻段的頻率范圍還由各國政府部門(mén)制定。”

　　圖2：EPC Class1 G2的900MHz UHF 頻段范圍在各國的分配情況不一。

　　另外，由于RFID采用無(wú)線(xiàn)傳輸方式，再加上實(shí)際工作環(huán)境復雜，存在競爭、沖突和干擾問(wèn)題。因此，RFID信號測試項目很多：包括許多和時(shí)間相關(guān)的參數，如讀寫(xiě)器和標簽發(fā)射機響應時(shí)間參數、跳頻時(shí)間、碼元周期等，還包括頻域指標、調制域指標等。
曾志總結了RFID測試面臨的主要挑戰：

　　1.讀寫(xiě)器測試

　　- 需要能夠準確、快速地捕獲RFID的間歇性突發(fā)信號;

　　- 需要兼容多種調制和解碼方式及標準;

　　- 需要時(shí)域頻域和調制域的聯(lián)合分析，時(shí)間相關(guān)測量 (如標簽讀取的時(shí)序);

　　- 需要強大的頻域觸發(fā)功能，捕獲頻域上的特定信號(如干擾);

　　- 跳頻信號捕獲(觸發(fā))和解調分析 。

　　2.標簽測試

　　- 需要對微弱信號的測量和分析能力;

　　- 需要兼容多種調制和解碼方式，自動(dòng)解調和解碼

　　3.系統測試

　　- 密集環(huán)境下的交互和抗干擾測試;

　　- 一致性(互通性)測試;

　　- 系統讀寫(xiě)周期分析;

　　- 解碼和信令測試;

　　- 需要長(cháng)存儲，存儲多個(gè)完整的讀寫(xiě)周期，便于對讀寫(xiě)狀態(tài)分析。

　　“能實(shí)時(shí)、準確捕獲RFID間歇性信號，支持多標準、多域分析功能等，這是相應信號分析設備應對上述三個(gè)方面測試挑戰所要具備的特性。”曾志指出，“泰克基于DPX專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)時(shí)信號分析儀(RTSA)系列以及最新推出的集成頻譜分析儀的混合域示波器MDO4000系列為RFID研發(fā)、現場(chǎng)和認證測試提供了強大的解決方案平臺。”

　　圖3： 實(shí)時(shí)頻譜分析儀和傳統頻譜分析儀的區別。

　　跨越研發(fā)、現場(chǎng)、認證測試“三重門(mén)”

　　RFID的測試分為研發(fā)測試(讀寫(xiě)器實(shí)驗室研發(fā)、系統開(kāi)發(fā)和驗證)、現場(chǎng)測試(系統調試、電磁環(huán)境評估、干擾查找和定位、數據采集)和認證測試(RFID標準一致性測試、系統互通性測試 )三個(gè)階段。

　　泰克公司提供的RFID測試解決方案——RTSA和混合域分析儀及示波器MDO在研發(fā)測試階段所能發(fā)揮的作用分為以下三個(gè)方面：

　　1.讀寫(xiě)器設備的Troubleshooting：如進(jìn)行讀寫(xiě)器信號實(shí)時(shí)頻譜分析(頻率、功率、調制帶寬等)，調制質(zhì)量分析，瞬態(tài)噪聲分析，跳頻捕獲和調制質(zhì)量分析，時(shí)序測量，命令測試等;

　　2.標簽測試：靈敏的觸發(fā)設置，捕獲低調制深度標簽信號，時(shí)序測量，頻譜測試，負載調制能量和質(zhì)量;

　　3.分析和評估讀寫(xiě)器與標簽互通特性：實(shí)時(shí)頻譜分析(同頻頻譜分析)，時(shí)序測量，碰撞分析，標簽調制回波質(zhì)量分析。

　　泰克RTSA可以在一臺儀表中同時(shí)獲得寬帶矢量信號分析儀、頻譜分析儀功能，并具備獨有的觸發(fā)-捕獲-分析能力，可以輕松應對所有RFID應用中瞬變信號的捕獲。頻率達到8GHz，適合RFID所有頻段要求;高達85MHz分析帶寬，可滿(mǎn)足所有RFID標準測試。其專(zhuān)利的DPX實(shí)時(shí)頻譜技術(shù)，實(shí)現292,000頻譜/秒更新速度。而超長(cháng)記錄時(shí)間，能夠記錄完整的RFID交互過(guò)程。

　　圖4：泰克RTSA集成的DPX實(shí)時(shí)頻譜顯示技術(shù)非常適合RFID的讀寫(xiě)器頻譜分析。

　　RTSA具有靈活的頻率模板觸發(fā)器(FMT)，為可靠地檢測和分析動(dòng)態(tài)RF信號提供了一個(gè)強大的工具。它還可以用來(lái)進(jìn)行傳統頻譜分析儀不可能完成的測量，如在存在強大的RF信號時(shí)捕獲小電平瞬時(shí)事件，在擁擠的頻譜范圍內檢測特定頻率上的間歇性信號。分析儀在檢測到觸發(fā)事件時(shí)，能夠把觸發(fā)前和觸發(fā)后的數據保存到內存中。一旦信號已經(jīng)采集并存儲在內存中，可以使用RTSA 中提供的各種時(shí)間相關(guān)視圖分析信號，這種時(shí)間相關(guān)的多域分析功能提供了巨大的靈活性，可以使用各種分析工具，放大和全面檢定采集的RF信號的不同部分。
至于混合域示波器MDO4000系列在RFID研發(fā)測試中的用武之地，曾志指出，一個(gè)典型的RFID讀寫(xiě)器系統由基帶電路、射頻電路、電源和接口電路等組成。除了RF部分可以使用MDO的RF測試功能進(jìn)行測試外，基帶電路中的大量總線(xiàn)信號如SPI總線(xiàn)、并行總線(xiàn)、UART或USB或Ethernet總線(xiàn)的系統調試，MDO可以通過(guò)增加總線(xiàn)解碼模塊的方法提供。系統中還包括DC/DC或AC/DC電源電路，以及電源管理功能模塊。DPO4PWR提供了全面完善的電源設計調試方案。如果用戶(hù)還有FPGA調試的需求，FPGAView可以提供基于MDO4000平臺的FPGA調試工具。

　　圖5：MDO4000系列在RFID測試中的應用之一：為調試和編程接口(JTAG)提供FPGA實(shí)時(shí)邏輯調試方案。

　　對于RFID現場(chǎng)測試，曾志總結了泰克RTSA方案的優(yōu)勢和特點(diǎn)是：1.高性能頻譜測量+多域分析;2.超寬捕獲帶寬，使用所有RFID信號要求;3.長(cháng)時(shí)間IQ數據保存，實(shí)現現場(chǎng)數據采集。

　　對于要求更多、更為嚴格的RFID認證測試主要指一致性測試和互通性測試，具體涉及：射頻參數測試(頻域、時(shí)域、調制域)、標準符合性測試(法規符合性、調制質(zhì)量 EVM、調制度等)、解碼;真實(shí)環(huán)境下抗干擾能力、密集環(huán)境下的防碰撞和交互性等。產(chǎn)品的測試與認證是RFID產(chǎn)業(yè)鏈各方均需要的，通過(guò)測試認定可以建立起有關(guān)產(chǎn)品的規格與品質(zhì)的基本規范，從而降低人們認識產(chǎn)品的復雜性，同時(shí)也建立起一種信譽(yù)體系。

　　泰克的RTSA可提供專(zhuān)業(yè)的RFID認證測試軟件(選件21)，提供了目前業(yè)界最全面的標準支持，支持自定義RFID標準測試，集成的DPX技術(shù)可實(shí)現RFID系統互通性測試。據曾志介紹，基于泰克實(shí)時(shí)信號分析儀的RFID認證測試系統(圖6)是EPC GLOBAL 指定的認證測試系統，并為國內多家認證機構所采用，如CESI/GS1(中國電子技術(shù)標準化研究所/中國物品編碼中心)。

　　圖6：基于泰克實(shí)時(shí)信號分析儀的RFID認證測試系統。