- 探析RFID無源標簽系統的監管測試標準
- 探析RFID無源標簽系統的優化方法
- RSA3408A 是滿足這些需求的一種工具
- RTSA 是適合分析閱讀器和 RFID 信號的獨特工具
隨著閱讀器與標簽價格的降低和全球市場的擴大，射頻標識RFID(以下簡稱RFID)的應用與日俱增。標簽既可由閱讀器供電(無源標簽)，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，隨著無源標簽的價格持續下降，幾乎每一個售出產品的內部都將有一個RFID標簽。由于無源RFID標簽的重要性及其獨特的工程實現的挑戰性，本文將重點研究無源標簽系統。
當接收到來自閱讀器的CW信號時，無源標簽對射頻 RF(以下簡稱 RF)能量進行整流以生成保持標簽工作所需的小部分能量，然后改變其天線的吸收特點以調制信號，并通過反向散射反射給閱讀器 [參閱圖1]。RFID系統通常使用簡便的調制技術和編碼體制。然而，簡單調制技術的頻譜效率低，對于某一給定的數據速率，它所要求的RF帶寬多。在調制前，必須將數據進行編碼形成一連續的信息流。可用的位編碼體制有很多類型，每一類編碼都有其基帶頻譜性能的獨特優勢、編解碼的復雜性以及在時鐘驅動下將數據寫入到存儲器的困難性。由于標簽板上定時源很難達到實際所需的準確性，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RFID通信系統都必須通過監管要求并符合所用標準。然而，今天，系統優化將這個快速增長產業中的勝者與輸者分離開來。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、標準一致性和優化。
RFID技術有幾個不同尋常的工程測試挑戰，例如瞬時信號、帶寬效率低的調制技術和反向散射數據。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線數據鏈路的開發。然而，這些工具用于RFID測試時都存在一些缺點。掃頻調諧頻譜分析儀難以準確捕獲和刻畫瞬時 RF 信號。矢量信號分析儀實際上不支持頻譜效率低的RFID調制技術及特殊解碼要求。快速示波器的測量動態范圍小，不具備調制和解碼功能。實時頻譜分析儀 RTSA(以下簡稱 RTSA)克服了這些傳統測試工具的局限性，具備對瞬時信號的優化，通過泰克享有專利的頻率模板觸發器能夠可靠觸發復雜的真實頻譜環境下的特定頻譜事件。
圖1：無源標簽對射頻 RF能量進行整流并調制信號，然后反向散射反射給閱讀器。
監管測試
每個電子設備制造商都必須符合設備銷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源 RFID 標簽的獨特數據鏈路特點。大多數監管部門禁止設備的 CW 發射，除非用于短期測試。無源標簽要求閱讀器發送 CW 信號以向標簽供應能量并經過反向散射實現調制。即使無源標簽沒有一個典型的發射器，仍能發出一個被調制的信號。然而，許多規定并沒有涉及基于無發射器的調制。多種頻譜發射測試并沒有明確地包含在閱讀器的 RFID 標準中，但卻成為了規定。
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政府規定要求控制發射信號的功率、頻率、帶寬。這些規定防止有害干擾并保證每個發射者都是頻帶內其他用戶的友好鄰居。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，進行此類測量是具有挑戰性的。RTSA 能夠分析一個完整的分組發射過程的能量特點，也能直接測量跳頻信號的載波頻率，而無需將信號置于一個跨度的中心。按一下按鍵，分析儀就能識別一個瞬時 RFID 信號的調制方式并能夠對功率、頻率和帶寬進行監管測量，使預一致性(pre-compliance)測試過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品一次通過一致性測試，而無需重新設計和重新測試。
圖2：預一致性測試過程
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 類型規范等產業標準相一致。該要求增加了許多超出基本要求的測試以滿足政府的頻譜發射要求。RF 一致性測試十分關鍵，有助于確保標簽和閱讀器間的可靠協同工作。
預編程測量能減少進行這些測試所需的建立時間。例如，ISO18000-6 C 類型的一個重要測量是啟動時間和關閉時間。載波能量上升時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。發射結束時，載波能量下降時間必須足夠快，以防止其他發射受到干擾 [參閱圖3]。
圖3：發射結束時，載波能量下降時間必須足夠快，以防止其他發射受到干擾。
一些 RFID 設備使用了經過優化的面向特定應用的專用通信機制。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行編程調整。
優化
一旦滿足基本規范，對 RFID 產品的性能進行優化以贏得某一特定市場空間的競爭優勢就顯得尤為重要。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的滿意度。例如，使用 RFID 的公共運輸業，讀取時間由 5 秒鐘降低到小于半秒鐘后，才得到廣泛認可。在工業應用中，速度就意味著生產量：生產量越高，資金和人力資源的使用效率就越高。由于無源標簽從 RFID 閱讀器獲得它們正常工作所需的能量，多個閱讀器可能導致標簽試圖對詢問它的每一個閱讀器都進行響應。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，但是這可能與通過最小化載波的不工作時間以防止標簽耗盡能量的需要相沖突。這些優化措施對工程師和測量設備提出了挑戰。
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讓我們看一個具體的例子 —— 優化通信速度，也稱為翻轉時間 TAT(以下簡稱 TAT)。可用的 RF 能量、路徑衰落和經過更改的符號速率能延長標簽對閱讀器查詢的響應時間。響應越慢，讀取多個標簽所花費的時間就越長。快速測量 TAT 對優化 RFID 系統的速度是非常必要的。
圖4：使用 RTSA可以很容易地測量 TAT。
使用 RTSA 可以很容易地測量 TAT [參閱圖4]。首先，需要安裝一個頻率模板觸發器以獲取標簽與閱讀器之間的整個查詢。RTSA 的功率與時間關系視圖使用戶能夠觀看整個發射過程。習慣認為一個下行鏈路傳輸(由閱讀器到標簽)結束到下一個下行鏈路傳輸開始之間的時間就是半雙工系統的 TAT。將一個標記放在標簽詢問的結束點，第二個 δ 標記置于反向散射的結束點或下一次閱讀器進行數據發射的開始點，就可以精確測量出 TAT 時間。在大范圍下行鏈路的條件下維持最短的 TAT 將有助于系統吞吐量的最大化。
RTSA 也能解調與標簽查詢相關的符號或比特。用戶只需選擇相應的 RFID 標準、調制類型和解碼格式。分析儀能自動檢測并顯示鏈路的比特率。為進一步提高工程師的生產效率，對恢復出的數據符號進行了基于功能的顏色編碼(color-coded)。RTSA 能夠自動識別前導符并將那些符號染成黃色。這易于識別實際的數據負荷并與已知值進行比較。
本文小結
RFID 產業包含了大量的技術和應用，其中許多技術和應用與典型的通信鏈路不同。工程師需要能夠快速和便捷地進行監管測試、標準一致性和優化測量的工具。
RSA3408A 是滿足這些需求的一種工具，支持多種 RFID 國際標準、時間相關的多域測量、定制的 RFID 通信體制、多種 RFID 信號的解調和符號解碼。該儀器大大提高了工程效率，同時縮短了產品投放市場的時間。不論是滿足政府頻譜規定、保證標簽或閱讀器符合特定的通信標準，還是調試一個開發中遇到的問題，RTSA 都是適合分析閱讀器和標簽所發出的 RFID 信號的獨特工具。
