基于實時頻譜分析儀的RFID和NFC測量

　　RFID系統(tǒng)、特別是帶有反向散射無源終端的RFID系統(tǒng)，給測試和診斷帶來了獨特的挑戰(zhàn)。定時測量是尤其要注意的一個問題，因為它可能要求系統(tǒng)閱讀器，非常迅速地、無差錯地從多個終端中讀取ID數(shù)據(jù)。

　　大多數(shù)RFID系統(tǒng)采用瞬變時分雙工（TDD）方案，其中詢問器和終端依次在同一條信道上通信。為使用串行TDD復(fù)用方案在非常短的時期內(nèi)讀取多個ID終端，標準要求非常精確的定時。因此，數(shù)據(jù)交換上的定時測量帶來了獨特的RFID挑戰(zhàn)。瞬變RFID信號通常包含頻譜效率低下的調(diào)制，其采用專用PCM符號編碼和解碼。調(diào)試接收這些異常信號的零差詢問器或終端要求特殊的信號分析儀功能。傳統(tǒng)上，掃頻分析儀、矢量信號分析儀和示波器一直用于無線數(shù)據(jù)鏈路開發(fā)。這些限制使其在現(xiàn)代RFID產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)中的應(yīng)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，以保證滿足輻射法規(guī)限制。傳統(tǒng)的掃頻分析儀主要是為分析連續(xù)信號開發(fā)的，而不是為與現(xiàn)代RFID產(chǎn)品相關(guān)的間歇性RF瞬變開發(fā)的。這會導(dǎo)致各種測量問題，特別是精確地捕獲和檢定瞬變RF信號。類似的，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(shù)矢量信號分析儀為流行的頻譜效率低的調(diào)制提供了全面的解調(diào)能力，但當前產(chǎn)品幾乎不能支持頻譜效率低的RFID調(diào)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工程師的價值很小。

　　長期來，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(tǒng)上的UHF或更高頻率的測量，它們?nèi)允谴蝺?yōu)工具。相對于現(xiàn)代實時頻譜分析儀，快速示波器的測量動態(tài)范圍明顯要低得多，并缺少調(diào)制和解碼功能。

　　實時頻譜分析儀解決了傳統(tǒng)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入要求使用為瞬變信號優(yōu)化的RF分析儀。由于獨特的實時結(jié)構(gòu)和時間相關(guān)顯示功能，泰克實時頻譜分析儀產(chǎn)品系列特別適合檢定瞬變信號。RTSA擁有必要的數(shù)字處理速度，可以使用實時快速傅立葉變換（FFT）把輸入信號從時域無縫地變換到頻域，然后再捕獲數(shù)據(jù)記錄。這使RTSA能夠?qū)崟r比較頻譜幅度與用戶設(shè)置的頻率模板。然后RTSA可以觸發(fā)捕獲感興趣的頻譜事件，然后詳細進行脫機分析。

　　這對RFID應(yīng)用是一種重要功能，因為它允許工程師開始捕獲以初始頻譜突發(fā)開頭的整個瞬變詢問器和終端交互。此外，泰克頻率模板觸發(fā)（FMT）專利技術(shù)可以可靠地捕獲現(xiàn)實頻譜環(huán)境中復(fù)雜的詢問器和終端交互，在這些環(huán)境中，其它信號的實際幅度可能要更大。

　　RSA3408A擁有充足的內(nèi)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交換。然后可以使用完整的數(shù)據(jù)記錄，迅速診斷系統(tǒng)交互。實時頻譜分析儀全面使用時間相關(guān)多域分析技術(shù)，用戶可以在不同畫面之間使用高精度時間相關(guān)標尺，顯示多個測量域。例如，可以把一個標尺放在錯誤的符號位上，儀器將關(guān)聯(lián)這個標尺，即時對應(yīng)功率隨時間變化畫面或頻譜圖。

　　時間相關(guān)的多個分析域大大增強了診斷能力和可靠性，可以在不同畫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(nèi)第一個RFID分析軟件包。通過這一軟件包，RSA3408A可以解調(diào)、解碼和測量許多RFID應(yīng)用中使用的特殊信號。

　　與RFID應(yīng)用使用的傳統(tǒng)測試設(shè)備相比，現(xiàn)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的RFID測量……

　　RFID測量

　　在把產(chǎn)品推向市場時，RFID工程師面臨著各種設(shè)計挑戰(zhàn)。首先，產(chǎn)品必須滿足把能量輻射到頻譜中相關(guān)的本地頻率法規(guī)。其次，詢問器和終端交互必須可靠地一起運行。為此，詢問器和終端必須符合相應(yīng)的行業(yè)標準。最后，為保證競爭力，必須優(yōu)化RFID系統(tǒng)的性能，以吸引某個細分市場。這可能意味著使每秒交易數(shù)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(nèi)通信的能力。

　　為說明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(guī)而檢定頻譜輻射時必須進行的主要測量。

　　遵守政府法規(guī)

　　政府法規(guī)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(guī)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是好鄰居。配有RFID軟件的RSA3408A可以簡便地測量政府法規(guī)規(guī)定的頻譜參數(shù)。

　　對脈沖式信號進行功率測量可能對許多頻譜分析儀極具挑戰(zhàn)性。RTSA的瞬變信號優(yōu)化功能可以簡單地測量脈沖式RFID分組傳輸中的功率。FFT分析在分組傳輸過程中對任何一定時間周期都提供一個完整的頻譜幀，而不需要象老式掃頻分析儀那樣同步調(diào)諧掃描與分組突發(fā)。此外，傳統(tǒng)頻譜分析儀需要校正系數(shù)，補償連續(xù)對數(shù)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(shù)法規(guī)測量都能精確地讀取功率。

　　另一個重要的頻譜輻射測量項目是信號的載頻。可以通過兩種方式表達這一測量：實際絕對載頻或分配的一定信道頻率的載頻誤差。在解調(diào)信號時，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，來顯示絕對載頻。解調(diào)后的載頻測量有一個明顯優(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。

　　類似的，也可以通過兩種方式獲得占用帶寬（OBW）或輻射帶寬（EBW）。在解調(diào)模式下，RTSA顯示OBW和EBW及載頻和傳輸功率電平。在實時頻譜分析儀模式下，測量鍵下也提供了帶寬測量。

　　通過使用這些預(yù)編程的自動測量功能，可以迅速精確地獲得基本法規(guī)數(shù)據(jù)。這消除了對傳統(tǒng)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(diào)制，只需按一個按鈕就可以提供答案。

　　滿足行業(yè)標準

　　可靠的詢問器和終端交互要求遵守各種行業(yè)標準，如ISO 18000-6 C類規(guī)范。這在基本測試之上增加了許多測試，以滿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、B類和C類標準所需的關(guān)鍵測量。RTSA上預(yù)編程的測量消除了檢查這些信號格式要求的大部分設(shè)置時間。

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

　　在解調(diào)模式下，選擇相應(yīng)的RFID標準和類型，壓下分析儀的軟鍵，選擇Power On/Down.然后RTSA會自動測量開機上升時間、關(guān)機下降時間、功率穩(wěn)定時間、過沖和下沖。為查看更詳細的信息，RTSA還在測量窗口中顯示波形特點。

　　詢問器和終端之間的通信通過開機周期中的ASK信號突發(fā)完成。這些信號突發(fā)構(gòu)成了RF包絡(luò)，對互操作能力非常重要。調(diào)制脈沖包絡(luò)包含著確保閱讀器和終端之間兼容能力必不可少的特點。RTSA的RFID軟件自動測量RF包絡(luò)指標，如開機脈寬、關(guān)機脈寬、占空比、開機紋波、關(guān)機紋波和RF包絡(luò)邊沿斜率。

　　RSA3408A可以檢定各種調(diào)制包絡(luò)，包括DSB-ASK、SSB-ASK和PR-ASK.為簡化協(xié)議傳輸跟蹤工作，RFID軟件用索引號標記各個突發(fā)。分析儀進一步把突發(fā)劃分成包絡(luò)編號，在細節(jié)畫面中顯示各個符號參數(shù)。

　　測試專有通信方案

　　許多RFID和NFC設(shè)備采用為特定市場應(yīng)用優(yōu)化的專有通信方案。RTSA提供了各種靈活的調(diào)制測量，可以使用手動配置的測量來測試專有系統(tǒng)。該儀器允許用戶定義調(diào)制類型、解碼格式和數(shù)據(jù)速率?？梢栽O(shè)置頻率對系統(tǒng)進行測試，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，用戶可以手動設(shè)置RSA，測試NFC設(shè)備是否符合ISO 18092，測試其與符合ISO 14443 A型和B型的設(shè)備的互操作能力。用戶只需把RTSA的頻率設(shè)成13.56MHz，把調(diào)制類型設(shè)成ASK或BPSK （B型卡/目標），把解碼格式設(shè)成Modified Miller， Manchester或NRZ，把數(shù)據(jù)速率設(shè)成106、212或424Kb/s.

　　RSA3408A全面的通用調(diào)制測量功能支持許多調(diào)制類型，其數(shù)據(jù)速率可以高達51.2Mbps.此外，它支持多個解碼方案，使其成為專有RFID或NFC系統(tǒng)的理想工具。

　　獲得競爭優(yōu)勢

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

　　其中一個實例是優(yōu)化一定時間內(nèi)可能的終端讀取數(shù)量。這可以提高整體系統(tǒng)容量，使其更能吸引高利潤大批量應(yīng)用。使容量達到最大的一個重要要素是使每個終端應(yīng)答的雙向時間（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延長終端回復(fù)詢問器查詢所需的時間?；貜?fù)越慢，閱讀多個終端所需的時間越長。能夠迅速測量半雙工系統(tǒng)的雙向時間對優(yōu)化性能至關(guān)重要。RTSA可以簡便地測量TAT.

　　首先，詢問器和終端之間的整個查詢捕獲到分析儀中。在選擇符號表的解調(diào)模式下，在視圖定義窗口中，用戶把RTSA設(shè)置成在子窗口中顯示功率隨時間變化。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(jù)慣例，從下行傳輸（R=>T）結(jié)束到下一個下行傳輸開始之間的時間是半雙工系統(tǒng)的雙向時間或TAT.因此，通過把標尺放在終端詢問末尾，把第二個增量標尺放在反向散射末尾或下一個詢問器數(shù)據(jù)傳輸開始，可以精確測量雙向時間。在最寬的下行條件范圍內(nèi)保持最短的TAT，有助于使系統(tǒng)吞吐量達到最大。

　　RTSA還可以解調(diào)與終端查詢有關(guān)的符號或碼。用戶只需選擇相應(yīng)的RFID標準、調(diào)制類型和解碼格式。分析儀可以自動檢測和顯示鏈路的位速率。為進一步增強工程師的生產(chǎn)效率，恢復(fù)的數(shù)據(jù)符號根據(jù)功能標上色碼。RTSA自動識別前置碼，并把這些符號的顏色變成黃色。這就可以簡便地識別實際數(shù)據(jù)凈荷，并與已知值進行比較。

　　優(yōu)化通信通常要求全面診斷，校正可能影響系統(tǒng)性能的問題。許多傳統(tǒng)信號分析儀不能簡便地提供調(diào)試復(fù)雜的RFID系統(tǒng)所需的診斷信息。如果沒有RTSA一流的頻率模板觸發(fā)功能來可靠地捕獲重要頻譜、全面的ASK解調(diào)和專用RFID符號解碼功能，工作臺上的工程設(shè)計效率可能會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(zāi)難提供了一劑良方。

　　實時頻譜分析儀的時間相關(guān)多域顯示功能意味著通過在每個顯示畫面的標尺之間建立時間關(guān)聯(lián)，可以一次查看多個畫面。時間相關(guān)多域顯示特別適合調(diào)試和診斷工作。

　　把一個標尺放在頻譜圖的異常波形上，可以自動與該事件對應(yīng)的符號標尺相關(guān)。時間相關(guān)顯示在診斷分析中消除了猜測工作，大大改善了查看問題的可靠性。工程師不必假設(shè)功率隨時間變化毛刺導(dǎo)致了數(shù)據(jù)錯誤，因為時間相關(guān)的標尺證明這兩個事件同時發(fā)生。

　　這些功能使得RSA3408A特別適合解決當前的RFID問題。與老式分析儀不同，如為完全不同的通信設(shè)備時代設(shè)計的掃頻分析儀或矢量信號分析儀，現(xiàn)代RTSA提供了一個解決方案，可以以極具競爭力的步伐迅速啟動和運行RFID系統(tǒng)。一旦RFID系統(tǒng)正確運行，下一步通常是在向市場推出前準備進行一致性認證。

　　通過RTSA進行預(yù)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。每個審批標志對潛在客戶都非常重要，因為它提供了某些獨立保證，確保系統(tǒng)將能夠與來自不同廠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似于一項公正客觀的測試。如果準備充分，可以獲得令人激動的、回報巨大的感受。如果準備不充分，則可能感覺不會太好。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通常是喪失產(chǎn)品上市的機會成本。未能通過一致性認證測試、不得不重新安排另一次測試可能需要幾周的時間，導(dǎo)致最新推出的產(chǎn)品喪失大量的收入機會。

　　產(chǎn)品開發(fā)周期和銷售收入喪失在很大程度上取決于是否正確準備好通過一致性測試。許多公司認識到這一點，在預(yù)一致性測試進行大量投入，幫助保證在第一次就迅速通過測試。在設(shè)計離開公司前發(fā)現(xiàn)存在問題的成本要比在一致性認證實驗室發(fā)現(xiàn)問題的成本低得多。通過高效的預(yù)一致性測試設(shè)備，多用幾天測試可以避免幾周喪失收入的惡果。

　　經(jīng)過認證的測試實驗室通常使用量身定制的自動測試系統(tǒng)進行一致性測試。一致性測試通常要比典型工作臺開發(fā)測試全面得多。如果測量速度太慢，那么大多數(shù)工程師對設(shè)計進行窮盡測試所需的時間可能會變得沒有意義。在這方面，RSA3408A可以為工程師提供杰出的預(yù)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(guī)范要求。內(nèi)置表格數(shù)據(jù)顯示使得工程師能夠迅速查找一致性問題。在傳統(tǒng)的測試設(shè)備中，進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。RSA3408A可以高速進行測量，允許工程師進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(shè)置許多重要的RF測量。能夠迅速重新檢查一系列指標，降低了在實際一致性測試出現(xiàn)大的失敗的可能性。例如，在各種條件下認真進行預(yù)一致性測量可以測試詢問器的數(shù)據(jù)突發(fā)開機、關(guān)機和RF包絡(luò)紋波，幫助在認證過程中避免這些問題。

　　使用RSA3408A作為預(yù)一致性測量工具可望消除預(yù)一致性測量設(shè)備和一致性測量設(shè)備之間的測量算法誤差。RSA3408A提供了測試行業(yè)內(nèi)第一個專用RFID測量套件，這種領(lǐng)導(dǎo)地位使其迅速被各種RFID專家所采用，包括一致性測試實驗室。通過使用RSA3408A進行多項測量，制造商的RFID產(chǎn)品將更有機會成功地通過一致性認證。

　　如果在一致性測試過程中發(fā)生問題，便于攜帶的單一產(chǎn)品RTSA可以迅速調(diào)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，跟蹤問題，直到根本原因。RSA3408A可以幫助工程師迅速識別問題，在一致性測試工作中救急。這可以防止使用過時、低效的測試設(shè)備時發(fā)生的冗長的復(fù)發(fā)問題。

　　總結(jié)

　　RFID行業(yè)涵蓋了各種各樣的技術(shù)和應(yīng)用，其中許多技術(shù)和應(yīng)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(diào)制構(gòu)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(shè)置的需求，簡化用戶接口，簡便獲得診斷洞察力，泰克推出了配有RFID分析軟件的RSA3408A實時頻譜分析儀。

　　通過第一個完善的RFID分析軟件包，實時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發(fā)診斷、預(yù)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間相關(guān)多域測量，改善了調(diào)試評估的可靠性。

　　要求解調(diào)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(xiàn)在在RSA3408A上只需按一個鍵就可以簡便完成。這大大增強了工程設(shè)計效率，同時縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。RTSA還可以幫助工程師進行傳統(tǒng)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的測試調(diào)諧的RFID測量。

　　不管是調(diào)試在開發(fā)階段面臨的問題、滿足政府頻譜法規(guī)還是通過一系列預(yù)一致性測試、準備進行產(chǎn)品認證，RTSA都為分析詢問器和終端生成的RFID信號提供了理想的解決方案。