1射頻識別(RFID)調制信號

射頻識別(RFID)廣泛應用于許多領域，例如物流、供應鏈管理、資產(chǎn)跟蹤等。RFID在進入市場之前必須通過標準規(guī)范要求的一致性測試。一致性測試需要諸如示波器、頻譜分析儀、矢量網(wǎng)絡分析儀等測試和測量儀器。成功完成測試的前提是能夠準確、高效地捕獲信號。

圖1顯示了射頻識別(RFID)的基本工作原理。讀卡器以指定頻率向標簽發(fā)送射頻載波，標簽響應調幅信號，該信號攜帶一些有價值的信息如用戶ID、姓名等。

圖1射頻識別(RFID)基本工作原理

一種射頻識別(RFID)編碼方法稱為脈沖間隔編碼(PIE)，它是基本開關鍵控(OOK,on-off keying)調制的變體，旨在解決無源標簽的電源供給問題，因為無源標簽依賴于從讀卡器獲得的能量來運行其電路。在脈沖間隔編碼中，二進制“1”被編碼為一個由一段長時間的高電平加上緊隨其后一段短時間的斷電零電平組成的脈沖，而二進制“0”被編碼為一個由一段短時間的高電平加上緊隨其后一段同樣的短時間的斷電零電平組成的脈沖，如圖2中的虛線所示波形M(t)所示，基帶信號M(t)被用來調制載波。

圖2脈沖間隔編碼

Q因子或品質因數(shù)是射頻識別(RFID)產(chǎn)品的重要指標之一，它是諧振頻率（表示為“fc”）與其3dB帶寬（表示為“B”）的比率。根據(jù)定義B=fc/Q，B*T>=1，因此Q<=fc*T，這里的T如圖2所示。

在射頻識別(RFID)系統(tǒng)中，具有較高Q因子的天線線圈會產(chǎn)生較高振幅的諧振，因此允許RFID系統(tǒng)在更遠的讀取范圍內(nèi)進行通信。換句話說，更高的Q因子允許RFID標簽或應答器從讀取器發(fā)射的耦合磁場中提取和存儲更多能量。然而，較高的Q因子可能意味著較小的3dB帶寬，而較小的3dB帶寬可能會導致RFID標簽更容易受到天線線圈調諧、互感等變化的影響。

Q因子可以根據(jù)fc和T來計算得到，而fc和T則可從示波器如PicoScope示波器采集到的RFID調制波形中測量得到。下圖3顯示了使用PicoScope 3406D示波器采集的13.56MHz RFID調制波形。測試前應設置示波器工作在合適的存儲深度下以捕獲足夠長的數(shù)據(jù)，從而確保波形中至少包含一個“1”電平和“0”電平，如圖3所示的波形中包含有多個“1”電平和“0”電平。但是在一些自動化或者大規(guī)模測試中，測試效率變得更加重要，若能精準的只捕獲一個“1”電平或“0”電平，則可減少數(shù)據(jù)總量以及計算量，即可提高測試效率。示波器中的高級觸發(fā)功能可以幫助我們精準的捕獲那些我們真正感興趣的事件和波形。PicoScope示波器的標配應用軟件PicoScope 7軟件和自定義軟件開發(fā)套件SDK中均支持多種高級觸發(fā)功能。PicoScope示波器被非常普遍的用于在大規(guī)模生產(chǎn)測試場景中通過SDK編程來定制自動化測試解決方案。

圖3 RFID調制信號

2使用高級電平漏失觸發(fā)捕獲RFID信號

電平漏失觸發(fā)是PicoScope示波器中的高級觸發(fā)功能之一。它可以先檢測到一個邊沿，然后在指定時間后觸發(fā)，條件是該指定時間內(nèi)沒有新的邊沿被檢測到。該高級觸發(fā)功能對于需要在脈沖串末尾實現(xiàn)觸發(fā)會非常有用。如下圖4所示，PicoScope示波器在400mV閾值處檢測到一個下降沿，然后在距這個下降沿閾值位置后60us的位置觸發(fā)，在此期間沒有出現(xiàn)其它邊沿。

圖4使用PicoScope示波器的電平漏失觸發(fā)捕獲脈沖信號

RFID調制信號中的“1”或“0”電平與上圖4中的信號具有相同的特征。所以電平漏失觸發(fā)也適用于它們。如圖5所示，使用電平漏失觸發(fā)可以準確捕獲我們真正感興趣的RFID調制波形中的有用事件。通過使用高級觸發(fā)功能精準捕獲到需要使用的波形，避免了使用傳統(tǒng)的方法即捕獲大量數(shù)據(jù)并根據(jù)波形特征定制算法搜索所需要的事件，從而提高了數(shù)據(jù)處理效率。

圖5使用PicoScope示波器電平漏失觸發(fā)捕獲RFID信號

PicoScope示波器標配有多種高級觸發(fā)功能，可對多種多樣的異常事件實現(xiàn)高效、精準的捕獲。下表簡要介紹了PicoScope示波器所標配的一些高級觸發(fā)功能。

	窗口觸發(fā)檢測波形進入或離開一個電壓范圍的時刻。這使您可以同時搜索過壓和欠壓。在左圖中，以4.5伏和5.5伏的閾值電平監(jiān)控一個5伏電源，當電源電壓波形正向越過5.5伏閾值電平或負向越過4.5伏閾值電平時PicoScope示波器將觸發(fā)。
	脈沖寬度觸發(fā)使您能夠觸發(fā)捕獲指定寬度的脈沖。這對于查找同步控制信號中的罕見事件（例如寫使能）或查找脈寬調制信號中的極值非常有用。在左圖中，觸發(fā)器設置為正脈沖寬度，大于70 ns。在50 ns脈沖流中檢測到了100 ns脈沖。
	間隔觸發(fā)可幫助您找到丟失或時間錯誤的邊沿。左圖顯示了兩個缺失一個脈沖的4 MHz時鐘波形示例。您可以使用脈沖寬度觸發(fā)功能來搜索左圖（上）波形中的因缺失脈沖而變寬的正脈沖以及左圖（下）波形中的因缺失脈沖而變寬的負脈沖，但間隔觸發(fā)功能可以讓您同時找到這兩個錯誤，而無需更改觸發(fā)類型。設置間隔觸發(fā)為上升時間且間隔時間大于300 ns時，示波器在檢測到這兩種情況時均會觸發(fā)，觸發(fā)點為長間隔后的第一個上升沿。
	窗口脈沖寬度觸發(fā)是窗口觸發(fā)和脈沖寬度觸發(fā)的組合。它檢測信號在一個指定的時間段內(nèi)何時進入或離開一個電壓范圍。在左圖中，標稱±700 mV信號偶爾會出現(xiàn)過壓和欠壓，但我們將駐留時間設置為大于100 ns，以便僅檢測到超出此范圍的異常寬脈沖。
	窗口漏失觸發(fā)可以檢測信號何時進入指定的電壓范圍并在該范圍內(nèi)停留指定的時間。在左圖中，窗口漏失觸發(fā)設置為300 ns延遲，窗口為600 mV至800 mV。它忽略了短暫進入窗口的第一個脈沖，以及保持在窗口下方的第一個漏失，而當信號在窗口內(nèi)保持超過300 ns時被檢測到。
	欠幅觸發(fā)檢測超過第一個閾值，然后返回低于該閾值而不超過第二個閾值的脈沖。如果此類脈沖違反接收器的最低接收高電平要求，則可能會導致邏輯電路出現(xiàn)問題。
	邏輯觸發(fā)可以檢測示波器多個輸入的多種邏輯組合。應用于每個輸入的條件可各不相同。在左圖中，邏輯觸發(fā)設置為：通道A，電平，高于0 V；通道B，電平，低于0 V，與邏輯。觸發(fā)條件在跡線中間、時刻為0時變?yōu)檎妫藭r通道A的信號電平高于0 V，同時通道B的信號電平低于0 V。

3測試RFID信號Q因子

圖6 RFID脈沖長度測量

在圖5中，我們使用PicoScope 7軟件中的自動頻率測量參數(shù)測量該RFID信號的頻率。結果是13.56MHz。

在圖6中，我們在PicoScope 7軟件中用標尺測量得到T值為2.945us。然后我們就可以計算出Q值：Q<=fc * T=13.56MHz * 2.945us = 40

為了使RFID系統(tǒng)處于可持續(xù)的操作讀取范圍內(nèi)，RFID讀卡器的時間t2應滿足最小和最大時間要求。如果時間t2高于最大要求，則其Q因子值太低，必須增加。如果時間t2低于最小要求，則其Q因子太高，需要降低。

由于我們沒有專門針對RFID測試開發(fā)自動化一致性測試軟件，因此我們在PicoScope 7軟件中手動測量了RFID信號的參數(shù)。Pico Technology除了提供標準的示波器以外，也同時為用戶創(chuàng)建一個穩(wěn)定且強大的數(shù)據(jù)采集平臺，以便他們有機會靈活的基于PicoScope示波器開發(fā)自己的應用程序。鑒于此，除了標配的PicoScope 7應用軟件外，PicoScope示波器還提供強大的軟件開發(fā)套件（SDK）。基于SDK，用戶可簡單、靈活、高效的開發(fā)高度定制化的自動測試解決方案。

4基于PicoScope SDK自定義RFID測試方案

PicoScope示波器提供了大多數(shù)臺式示波器所不具備的互連性和定制性。SDK（軟件開發(fā)套件）允許用戶基于PicoScope示波器為他們的特定項目創(chuàng)建自定義應用程序，這使得PicoScope已不僅僅是一臺常規(guī)的示波器。在SDK下使用時，PicoScope示波器性能更加強大。例如，可以在流模式下連續(xù)長時間采集數(shù)據(jù)，速度高達312MS/s；內(nèi)存最大可分為200萬段；用戶可以設置高級組合觸發(fā)功能；可以通過程序控制示波器標配的函數(shù)發(fā)生器或任意波形發(fā)生器產(chǎn)生波形。Pico Technology提供專業(yè)的技術支持以及全面的代碼示例（可以在github.com/picotech下找到），這使得基于PicoScope示波器的自定義開發(fā)變得更加容易。

包括PicoScope示波器在內(nèi)的所有Pico產(chǎn)品均附帶免費的軟件開發(fā)套件(SDK)。SDK包括適用于Windows的驅動程序，以及適用于大多數(shù)產(chǎn)品的macOS、Linux和Raspberry Pi (ARM7)驅動程序，這些驅動通過應用程序編程接口(API)充分的開放儀器硬件給用戶進行直接的控制。它允許用戶使用C、C#、C++和Python等常用的編程語言編寫自己的軟件來控制儀器。代碼示例托管在Pico Technology GitHub頁面上。此外我們的網(wǎng)站上還擁有一個活躍的論壇，用戶可以在這里交流有關PicoScope示波器及Pico其它產(chǎn)品編程的想法和知識。該SDK還可用于將Pico儀器與行業(yè)廣受歡迎的分析和測試自動化軟件包（例如MathWorks MATLAB、NI LabVIEW和Microsoft Excel）連接起來。圖7所示為使用MathWorks控制和編程PicoScope示波器的示例。

圖7使用MathWorks控制和編程PicoScope示波器

圖8為某用戶基于PicoScope 3000D系列示波器開發(fā)的基于ISO14443和NFC FORUM的自動化RFID測試解決方案，該方案主要用于對RFID信號的物理層參數(shù)進行一致性測試。

圖8基于PicoScope 3000D示波器自定義RFID一致性測試方案

圖9 PicoScope 3000D示波器

關于Pico Technology

Pico Technology是高性能電子測試儀器的全球領先制造商。源于英國劍橋強大電子工程傳統(tǒng)，自創(chuàng)立以來，通過創(chuàng)建和領導創(chuàng)新的基于PC的測試儀器，比克實現(xiàn)了連續(xù)34年的增長。其獨特的解決方案和完整的產(chǎn)品線為電子工程師提供了高性能且經(jīng)濟高效的工具，涵蓋了從物理層到協(xié)議層的整個設計驗證周期：

具有內(nèi)置AWG，F(xiàn)G，邏輯分析儀，頻譜分析儀，串行協(xié)議分析儀的實時示波器，提供高達16位ADC分辨率，4G超深存儲器，8個高分辨率通道和真正的差分探測。緊湊的33 GHz采樣示波器使工程師能夠輕松實現(xiàn)TDR特征阻抗測試，眼圖和時鐘恢復等。PicoVNA（矢量網(wǎng)絡分析儀），RF Synthesizer（射頻信號合成器）和PicoConnect高帶寬探頭可擴展到RF應用。此外，還有最暢銷的Pico Logger系列數(shù)據(jù)記錄儀產(chǎn)品。

SDK允許用戶與實現(xiàn)測試自動化的其它儀器一起開發(fā)自定義應用程序。終身免費軟件和5年保修可保護客戶的投資。

比克科技是未來。