频谱分析仪的RFID和NFC测量中的应用

　RFID系统、特别是带有反向散射无源终端的RFID系统，给测试和诊断带来了独特的挑战。定时测量是尤其要注意的一个问题，因为它可能要求系统阅读器，非常迅速地、无差错地从多个终端中读取ID数据。

大多数RFID系统采用瞬变时分双工（TDD）方案，其中询问器和终端依次在同一条信道上通信。为使用串行TDD复用方案在非常短的时期内读取多个ID终端，标准要求非常精确的定时。因此，数据交换上的定时测量带来了独特的RFID挑战。瞬变RFID信号通常包含频谱效率低下的调制，其采用专用PCM符号编码和解码。调试接收这些异常信号的零差询问器或终端要求特殊的信号分析仪功能。传统上，扫频分析仪、矢量信号分析仪和示波器一直用于无线数据链路开发。这些限制使其在现代RFID产品开发和生产中的应用效率很低。

在历史上，频谱分析仪一直是检定发射机RF频谱输出的首选工具，以保证满足辐射法规限制。传统的扫频分析仪主要是为分析连续信号开发的，而不是为与现代RFID产品相关的间歇性RF瞬变开发的。这会导致各种测量问题，特别是精确地捕获和检定瞬变RF信号。类似的，矢量信号分析仪在捕获瞬变RF信号方面的能力非常小，其最初也是为CW信号研制的。尽管大多数矢量信号分析仪为流行的频谱效率低的调制提供了全面的解调能力，但当前产品几乎不能支持频谱效率低的RFID调制及特殊的PCM解码要求。这使得当前一代矢量信号分析仪对RFID工程师的价值很小。

长期来，示波器一直是分析基带信号的重要工具。最近几年，某些示波器已经把取样速度扩展到非常高的微波频率。但是，对RFID系统上的UHF或更高频率的测量，它们仍是次优工具。相对于现代实时频谱分析仪，快速示波器的测量动态范围明显要低得多，并缺少调制和解码功能。

实时频谱分析仪解决了传统测量工具的局限性，为RFID工程师提供了效率高得多测试和诊断感受。脉冲式终端读取和写入要求使用为瞬变信号优化的RF分析仪。由于独特的实时结构和时间相关显示功能，泰克实时频谱分析仪产品系列特别适合检定瞬变信号。RTSA拥有必要的数字处理速度，可以使用实时快速傅立叶变换（FFT）把输入信号从时域无缝地变换到频域，然后再捕获数据记录。这使RTSA能够实时比较频谱幅度与用户设置的频率模板。然后RTSA可以触发捕获感兴趣的频谱事件，然后详细进行脱机分析。

这对RFID应用是一种重要功能，因为它允许工程师开始捕获以初始频谱突发开头的整个瞬变询问器和终端交互。此外，泰克频率模板触发（FMT）专利技术可以可靠地捕获现实频谱环境中复杂的询问器和终端交互，在这些环境中，其它信号的实际幅度可能要更大。

RSA3408A拥有充足的内存功能及高精度触发能力，可以捕获阅读器和终端之间的整个交换。然后可以使用完整的数据记录，迅速诊断系统交互。实时频谱分析仪全面使用时间相关多域分析技术，用户可以在不同画面之间使用高精度时间相关标尺，显示多个测量域。例如，可以把一个标尺放在错误的符号位上，仪器将关联这个标尺，即时对应功率随时间变化画面或频谱图。

时间相关的多个分析域大大增强了诊断能力和可靠性，可以在不同画面中有效确定引起事件的异常波形。

除了能够有效触发和捕获瞬变RFID信号外，RTSA还提供了测试测量业内第一个RFID分析软件包。通过这一软件包，RSA3408A可以解调、解码和测量许多RFID应用中使用的特殊信号。

与RFID应用使用的传统测试设备相比，现代RSA3408A可以提供快得多、更加高效的诊断和检定体验。为演示RTSA的辅助工具，下面我们将考察某些常见的RFID测量……

RFID测量

在把产品推向市场时，RFID工程师面临着各种设计挑战。首先，产品必须满足把能量辐射到频谱中相关的本地频率法规。其次，询问器和终端交互必须可靠地一起运行。为此，询问器和终端必须符合相应的行业标准。最后，为保证竞争力，必须优化RFID系统的性能，以吸引某个细分市场。这可能意味着使每秒交易数量达到最大，在密集的阅读器环境中运行或扩大阅读器在更远距离内通信的能力。

为说明RTSA和RFID分析软件怎样成为RFID测试不可或缺的组成部分，我们先介绍为遵守政府法规而检定频谱辐射时必须进行的主要测量。

遵守政府法规

政府法规要求必须在功率、频率和带宽上控制发送的信号。这些法规防止有害的干扰，保证每台发射机在频谱上对频段中的其它用户是好邻居。配有RFID软件的RSA3408A可以简便地测量政府法规规定的频谱参数。

对脉冲式信号进行功率测量可能对许多频谱分析仪极具挑战性。RTSA的瞬变信号优化功能可以简单地测量脉冲式RFID分组传输中的功率。FFT分析在分组传输过程中对任何一定时间周期都提供一个完整的频谱帧，而不需要象老式扫频分析仪那样同步调谐扫描与分组突发。此外，传统频谱分析仪需要校正系数，补偿连续对数视频放大器（SLVA）峰值检测电路，而RTSA则使用真正的RMS检测方法，对大多数法规测量都能精确地读取功率。

另一个重要的频谱辐射测量项目是信号的载频。可以通过两种方式表达这一测量：实际绝对载频或分配的一定信道频率的载频误差。在解调信号时，RTSA将显示载频误差。在频谱分析模式下，可以选择测量按钮，然后使用载频软键，来显示绝对载频。解调后的载频测量有一个明显优势是，它不要求信号位于跨度的中心。这特别适合跳频信号。

类似的，也可以通过两种方式获得占用带宽（OBW）或辐射带宽（EBW）。在解调模式下，RTSA显示OBW和EBW及载频和传输功率电平。在实时频谱分析仪模式下，测量键下也提供了带宽测量。

通过使用这些预编程的自动测量功能，可以迅速精确地获得基本法规数据。这消除了对传统频谱分析仪连接同轴电缆，测量瞬变RFID信号的麻烦。RTSA识别调制，只需按一个按钮就可以提供答案。

满足行业标准

可靠的询问器和终端交互要求遵守各种行业标准，如ISO 18000-6 C类规范。这在基本测试之上增加了许多测试，以满足政府频谱辐射要求。RF一致性测试对终端和阅读器之间可靠地互操作至关重要。

RSA3408A的RFID软件包含ISO 18000-4模式1和ISO18000-6 A类、B类和C类标准所需的关键测量。RTSA上预编程的测量消除了检查这些信号格式要求的大部分设置时间。

例如，ISO 18000-6 C类的一项重要测量是开机时间和关机时间。必须立即打开载波能量的上升时间，以保证终端采集足够的能量、以便正确运行。信号还必须稳定到稳定水平。在传输结束时，信号突发的下降时间必须足够快，避免干扰其它传输。

在解调模式下，选择相应的RFID标准和类型，压下分析仪的软键，选择Power On/Down.然后RTSA会自动测量开机上升时间、关机下降时间、功率稳定时间、过冲和下冲。为查看更详细的信息，RTSA还在测量窗口中显示波形特点。

询问器和终端之间的通信通过开机周期中的ASK信号突发完成。这些信号突发构成了RF包络，对互操作能力非常重要。调制脉冲包络包含着确保阅读器和终端之间兼容能力必不可少的特点。RTSA的RFID软件自动测量RF包络指标，如开机脉宽、关机脉宽、占空比、开机纹波、关机纹波和RF包络边沿斜率。

RSA3408A可以检定各种调制包络，包括DSB-ASK、SSB-ASK和PR-ASK.为简化协议传输跟踪工作，RFID软件用索引号标记各个突发。分析仪进一步把突发划分成包络编号，在细节画面中显示各个符号参数。

测试专有通信方案

许多RFID和NFC设备采用为特定市场应用优化的专有通信方案。RTSA提供了各种灵活的调制测量，可以使用手动配置的测量来测试专有系统。该仪器允许用户定义调制类型、解码格式和数据速率。可以设置频率对系统进行测试，包括低频（LF）频段（125kHz-135kHz）， 高频（HF）频段（13.56MHz）， 超高频（UHF）频段（868-928MHz），甚至包括S频段微波（2.45GHz）。

例如，用户可以手动设置RSA，测试NFC设备是否符合ISO 18092，测试其与符合ISO 14443 A型和B型的设备的互操作能力。用户只需把RTSA的频率设成13.56MHz，把调制类型设成ASK或BPSK （B型卡/目标），把解码格式设成Modified Miller， Manchester或NRZ，把数据速率设成106、212或424Kb/s.

RSA3408A全面的通用调制测量功能支持许多调制类型，其数据速率可以高达51.2Mbps.此外，它支持多个解码方案，使其成为专有RFID或NFC系统的理想工具。

获得竞争优势

一旦满足基本规范，非常重要的一点是优化RFID产品的部分功能，在特定细分市场中获得竞争优势。RTSA特别适合最大限度地提高系统性能，同时最大限度地减少工程师实现所需目标必需完成的工作。

其中一个实例是优化一定时间内可能的终端读取数量。这可以提高整体系统容量，使其更能吸引高利润大批量应用。使容量达到最大的一个重要要素是使每个终端应答的双向时间（TAT）达到最小。提供的RF 功率、路径增噪和符号速率变化可能会延长终端回复询问器查询所需的时间。回复越慢，阅读多个终端所需的时间越长。能够迅速测量半双工系统的双向时间对优化性能至关重要。RTSA可以简便地测量TAT.

首先，询问器和终端之间的整个查询捕获到分析仪中。在选择符号表的解调模式下，在视图定义窗口中，用户把RTSA设置成在子窗口中显示功率随时间变化。然后使用视图选择和标度键，把子窗口放大到终端反向散射的波形部分。

根据惯例，从下行传输（R=>T）结束到下一个下行传输开始之间的时间是半双工系统的双向时间或TAT.因此，通过把标尺放在终端询问末尾，把第二个增量标尺放在反向散射末尾或下一个询问器数据传输开始，可以精确测量双向时间。在最宽的下行条件范围内保持最短的TAT，有助于使系统吞吐量达到最大。

RTSA还可以解调与终端查询有关的符号或码。用户只需选择相应的RFID标准、调制类型和解码格式。分析仪可以自动检测和显示链路的位速率。为进一步增强工程师的生产效率，恢复的数据符号根据功能标上色码。RTSA自动识别前置码，并把这些符号的颜色变成黄色。这就可以简便地识别实际数据净荷，并与已知值进行比较。

优化通信通常要求全面诊断，校正可能影响系统性能的问题。许多传统信号分析仪不能简便地提供调试复杂的RFID系统所需的诊断信息。如果没有RTSA一流的频率模板触发功能来可靠地捕获重要频谱、全面的ASK解调和专用RFID符号解码功能，工作台上的工程设计效率可能会下降到不可接受的水平。这为解决快速发展的RFID行业中的灾难提供了一剂良方。

实时频谱分析仪的时间相关多域显示功能意味着通过在每个显示画面的标尺之间建立时间关联，可以一次查看多个画面。时间相关多域显示特别适合调试和诊断工作。

把一个标尺放在频谱图的异常波形上，可以自动与该事件对应的符号标尺相关。时间相关显示在诊断分析中消除了猜测工作，大大改善了查看问题的可靠性。工程师不必假设功率随时间变化毛刺导致了数据错误，因为时间相关的标尺证明这两个事件同时发生。

这些功能使得RSA3408A特别适合解决当前的RFID问题。与老式分析仪不同，如为完全不同的通信设备时代设计的扫频分析仪或矢量信号分析仪，现代RTSA提供了一个解决方案，可以以极具竞争力的步伐迅速启动和运行RFID系统。一旦RFID系统正确运行，下一步通常是在向市场推出前准备进行一致性认证。

通过RTSA进行预一致性测试

许多行业标准要求一致性认证，以使用确保性能兼容能力的商标。每个审批标志对潜在客户都非常重要，因为它提供了某些独立保证，确保系统将能够与来自不同厂商的各种阅读器和终端正确运行。

一致性测试在很大程度上类似于一项公正客观的测试。如果准备充分，可以获得令人激动的、回报巨大的感受。如果准备不充分，则可能感觉不会太好。遗憾的是，在快速发展的RFID行业中，一致性认证准备不充分最大的代价通常是丧失产品上市的机会成本。未能通过一致性认证测试、不得不重新安排另一次测试可能需要几周的时间，导致最新推出的产品丧失大量的收入机会。

产品开发周期和销售收入丧失在很大程度上取决于是否正确准备好通过一致性测试。许多公司认识到这一点，在预一致性测试进行大量投入，帮助保证在第一次就迅速通过测试。在设计离开公司前发现存在问题的成本要比在一致性认证实验室发现问题的成本低得多。通过高效的预一致性测试设备，多用几天测试可以避免几周丧失收入的恶果。

经过认证的测试实验室通常使用量身定制的自动测试系统进行一致性测试。一致性测试通常要比典型工作台开发测试全面得多。如果测量速度太慢，那么大多数工程师对设计进行穷尽测试所需的时间可能会变得没有意义。在这方面，RSA3408A可以为工程师提供杰出的预一致性测试优势。

RSA3408A独特的RFID测量软件可以迅速检定许多关键行业规范要求。内置表格数据显示使得工程师能够迅速查找一致性问题。在传统的测试设备中，进行多项测量要求大量的人力，因此在逻辑上只可能检查一些点。RSA3408A可以高速进行测量，允许工程师进行近似穷尽的一致性测试。

大家已经看到，可以使用RTSA的RFID测量软件方便地单键设置许多重要的RF测量。能够迅速重新检查一系列指标，降低了在实际一致性测试出现大的失败的可能性。例如，在各种条件下认真进行预一致性测量可以测试询问器的数据突发开机、关机和RF包络纹波，帮助在认证过程中避免这些问题。

使用RSA3408A作为预一致性测量工具可望消除预一致性测量设备和一致性测量设备之间的测量算法误差。RSA3408A提供了测试行业内第一个专用RFID测量套件，这种领导地位使其迅速被各种RFID专家所采用，包括一致性测试实验室。通过使用RSA3408A进行多项测量，制造商的RFID产品将更有机会成功地通过一致性认证。

如果在一致性测试过程中发生问题，便于携带的单一产品RTSA可以迅速调试电路。一旦知道了一致性测试失败条件，RTSA的多域相关分析功能可以提供必要的洞察力，跟踪问题，直到根本原因。RSA3408A可以帮助工程师迅速识别问题，在一致性测试工作中救急。这可以防止使用过时、低效的测试设备时发生的冗长的复发问题。

总结

RFID行业涵盖了各种各样的技术和应用，其中许多技术和应用不同于典型的通信链路。最新国际RFID标准要求完善的FHSS信号、由ASK调制构成的瞬变半双工RF突发及不同寻常的编码和强健的反冲突协议。为减少对精细测量设置的需求，简化用户接口，简便获得诊断洞察力，泰克推出了配有RFID分析软件的RSA3408A实时频谱分析仪。

通过第一个完善的RFID分析软件包，实时频谱分析仪支持各种流行的国际RFID标准。这一功能大大加快了开发诊断、预一致性测试和生产检查工作。此外，RFID分析软件包全面支持时间相关多域测量，改善了调试评估的可靠性。

要求解调DSB-ASK， SSB-ASK和PR-ASK及对每种支持的格式要求必要的符号解码的测量标准，现在在RSA3408A上只需按一个键就可以简便完成。这大大增强了工程设计效率，同时缩短了产品开发周期。RTSA还可以帮助工程师进行传统扫频分析仪或矢量信号分析仪不能完成的或要求精细耗时的测试调谐的RFID测量。

不管是调试在开发阶段面临的问题、满足政府频谱法规还是通过一系列预一致性测试、准备进行产品认证，RTSA都为分析询问器和终端生成的RFID信号提供了理想的解决方案。