采用模塊化儀器構建RFID測試系統

摘要： 本文主要介紹如何利用NI的優勢技術，具體實現RFID測試系統的構建。

關鍵詞： RFID測試；PXI平臺；板載FPGA

RFID測試需求及現狀

作為無線通訊的新興領域之一，RFID技術在具有無線通訊技術所共有的特性之外，又有著其獨有的特殊性，其中最為重要的是標準的多樣化。國際上制定RFID標準的組織比較著名的有三個：ISO，美國的EPC global以及日本的Ubiquitous ID Center，目前已定義的RFID標準，包括工作頻率在低頻(120-134kHz)，高頻(13.56MHz)，超高頻(433MHz、860-960MHz、2.45GHz)和特高頻(5.8GHz)頻率范圍內，符合不同標準的不同產品，而且不同頻段的RFID標簽會有不同的特性。但無論采用哪種頻率或標準，在產品開發和生產過程中都必須解決測試的問題。

RFID的測試主要為一致性測試，射頻測試是最重要的測試內容，如射頻包絡測試、反應時間測試以及不同調制參數和編碼方式下的數據讀寫等，以驗證RFID標簽的射頻性能是否符合標準。芯片設計的影響、制造工藝的影響或者為不同類別的產品設計不同的天線，都會導致RFID標簽的射頻性能發生變化，因此在研發和生產過程中必須對該產品的射頻性能進行測試，以保證其射頻指標符合RFID射頻標準的要求。

圖1  基于HOST的測試站系統構架

對于RFID，采用傳統儀器難以實現對多標準的支持，目前主流的傳統測試儀器制造商尚未推出類似的綜測儀。僅有Tektronix推出的RTSA系統能夠以第三方的方式在RFID通訊的過程中捕獲信號并進行物理層測試，但由于其不具備RFID協議，不能進行協議層測試，且仍需要額外的讀寫設備作為主單元與被測單元建立通訊。

基于NI技術的創新

隨著成本的下降和標準化的實現，RFID技術的全面推廣和普遍應用將是不可逆轉的趨勢。面對RFID測試領域的巨大需求以及相關測試儀器的匱乏，我們采用NI在測試領域的優勢技術，結合聚星在射頻測試領域的技術專長，成功的構建了一套基于模塊化儀器的RFID測試系統。該系統的推出彌補了RFID測試領域的空白，對比于傳統的測試儀器，無論是在功能還是性能上，該系統均處于業界領先地位。

首先，該系統具備RFID協議，能夠主動與被測單元間建立通訊，不再依賴于額外的讀寫設備；其次，在軟件層實現了對RFID多標準的支持，使用同一系統就能夠對不同標準的RFID標簽進行測試；再次，支持RFID標準中的各種調制方式、調制參數以及編碼方式，能夠實現從物理層到協議層的各種測試項目；最后，可以擴展支持廠家自定義的指令集，從而支持各廠家所生產的不同RFID產品。

基于HOST的第一代RFID測試站

在目前的應用領域，符合國際標準的高頻RFID正逐漸取代原來各廠家自行定義的低頻RFID，并成為主流，其中應用較廣的標準有ISO14443、ISO15693、ISO18000-3以及EPC C1G1等，俗稱為第一代RFID，我們以HOST為處理核心構建了其測試系統。

圖2  基于HOST的測試站的軟件設計

系統構架

該系統具有非常簡潔的系統構架，采用矢量信號發生器(PXI-5671)和矢量信號分析儀(PXI-5660)作為射頻儀器，并采用嵌入式控制器(PXI-8196)作為指令發生器和應答分析儀。

圖3  基于FPGA的測試站系統構架

測試過程中由控制器生成指令，并進行編碼，之后通過矢量信號發生器進行DAC及上變頻，調制在某一頻率的載波信號上經天線向外發送，被測試的電子標簽接收此脈沖信號，卡內芯片對此信號進行解析之后返回應答，經編碼、調制后通過卡內天線再發送給測試系統，接收到的信號通過矢量信號分析儀進行下變頻及ADC，應答信號在解調、數字化之后送至控制器進行物理層測試，同時經過解碼后進行協議層測試。

軟件設計

在軟件設計中，采用了模塊化的層次結構，使得軟件構架也非常的簡潔。首先將整個軟件系統劃分為了三個層次：硬件控制層、物理測試層以及協議測試層。其中，硬件控制層實現對模塊化儀器的控制，包括板載信號處理以及硬件觸發采集等；物理測試層實現對應答信號的物理參數測試，包括時、頻域的各種測量分析；協議測試層實現指令信號的生成、編碼，以及應答信號的解碼、協議分析。在多層次結構的框架下，各層又具體的分為一系列的功能模塊。

圖4  基于FPGA的測試站系統軟件用戶界面

如同CDMA或者TCP/IP，RFID也是一種協議，它是系統用來區分信號中的數據和控制信息的一整套規則。協議層之下是被調制的信息，無線通訊中常見的ASK、FSK、PSK調制，在RFID協議中均有采用，RFID協議將這些經調制的載波打包成標簽可以解讀的形式。RFID測試軟件的一個核心問題就是對這些遵循不同標準的信號進行數字濾波、調制/解調、編碼/解碼。以工作頻率在13.56MHz 的ISO18000-3為例，其中又包含了兩種子類型，Mode2主要應用于日本，Mode1則在全球都有著非常廣泛的應用。

在RFID的各標準中，都存在一些較為特殊的定義，如Mode1支持兩種指令編碼，其應答信號是具有副載波二次調制的ASK；Mode2的指令調制為