1射頻識(shí)別(RFID)調(diào)制信號(hào)

射頻識(shí)別(RFID)廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，例如物流、供應(yīng)鏈管理、資產(chǎn)跟蹤等。RFID在進(jìn)入市場(chǎng)之前必須通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的一致性測(cè)試。一致性測(cè)試需要諸如示波器、頻譜分析儀、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等測(cè)試和測(cè)量?jī)x器。成功完成測(cè)試的前提是能夠準(zhǔn)確、高效地捕獲信號(hào)。

圖1顯示了射頻識(shí)別(RFID)的基本工作原理。讀卡器以指定頻率向標(biāo)簽發(fā)送射頻載波，標(biāo)簽響應(yīng)調(diào)幅信號(hào)，該信號(hào)攜帶一些有價(jià)值的信息如用戶ID、姓名等。

圖1射頻識(shí)別(RFID)基本工作原理

一種射頻識(shí)別(RFID)編碼方法稱為脈沖間隔編碼(PIE)，它是基本開關(guān)鍵控(OOK,on-off keying)調(diào)制的變體，旨在解決無源標(biāo)簽的電源供給問題，因?yàn)闊o源標(biāo)簽依賴于從讀卡器獲得的能量來運(yùn)行其電路。在脈沖間隔編碼中，二進(jìn)制“1”被編碼為一個(gè)由一段長(zhǎng)時(shí)間的高電平加上緊隨其后一段短時(shí)間的斷電零電平組成的脈沖，而二進(jìn)制“0”被編碼為一個(gè)由一段短時(shí)間的高電平加上緊隨其后一段同樣的短時(shí)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(hào)M(t)被用來調(diào)制載波。

圖2脈沖間隔編碼

Q因子或品質(zhì)因數(shù)是射頻識(shí)別(RFID)產(chǎn)品的重要指標(biāo)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(shí)別(RFID)系統(tǒng)中，具有較高Q因子的天線線圈會(huì)產(chǎn)生較高振幅的諧振，因此允許RFID系統(tǒng)在更遠(yuǎn)的讀取范圍內(nèi)進(jìn)行通信。換句話說，更高的Q因子允許RFID標(biāo)簽或應(yīng)答器從讀取器發(fā)射的耦合磁場(chǎng)中提取和存儲(chǔ)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(huì)導(dǎo)致RFID標(biāo)簽更容易受到天線線圈調(diào)諧、互感等變化的影響。

Q因子可以根據(jù)fc和T來計(jì)算得到，而fc和T則可從示波器如PicoScope示波器采集到的RFID調(diào)制波形中測(cè)量得到。下圖3顯示了使用PicoScope 3406D示波器采集的13.56MHz RFID調(diào)制波形。測(cè)試前應(yīng)設(shè)置示波器工作在合適的存儲(chǔ)深度下以捕獲足夠長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，從而確保波形中至少包含一個(gè)“1”電平和“0”電平，如圖3所示的波形中包含有多個(gè)“1”電平和“0”電平。但是在一些自動(dòng)化或者大規(guī)模測(cè)試中，測(cè)試效率變得更加重要，若能精準(zhǔn)的只捕獲一個(gè)“1”電平或“0”電平，則可減少數(shù)據(jù)總量以及計(jì)算量，即可提高測(cè)試效率。示波器中的高級(jí)觸發(fā)功能可以幫助我們精準(zhǔn)的捕獲那些我們真正感興趣的事件和波形。PicoScope示波器的標(biāo)配應(yīng)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(jí)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(cè)試場(chǎng)景中通過SDK編程來定制自動(dòng)化測(cè)試解決方案。

圖3 RFID調(diào)制信號(hào)

2使用高級(jí)電平漏失觸發(fā)捕獲RFID信號(hào)

電平漏失觸發(fā)是PicoScope示波器中的高級(jí)觸發(fā)功能之一。它可以先檢測(cè)到一個(gè)邊沿，然后在指定時(shí)間后觸發(fā)，條件是該指定時(shí)間內(nèi)沒有新的邊沿被檢測(cè)到。該高級(jí)觸發(fā)功能對(duì)于需要在脈沖串末尾實(shí)現(xiàn)觸發(fā)會(huì)非常有用。如下圖4所示，PicoScope示波器在400mV閾值處檢測(cè)到一個(gè)下降沿，然后在距這個(gè)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(hào)

RFID調(diào)制信號(hào)中的“1”或“0”電平與上圖4中的信號(hào)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(zhǔn)確捕獲我們真正感興趣的RFID調(diào)制波形中的有用事件。通過使用高級(jí)觸發(fā)功能精準(zhǔn)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(hào)

PicoScope示波器標(biāo)配有多種高級(jí)觸發(fā)功能，可對(duì)多種多樣的異常事件實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)的捕獲。下表簡(jiǎn)要介紹了PicoScope示波器所標(biāo)配的一些高級(jí)觸發(fā)功能。

	窗口觸發(fā)檢測(cè)波形進(jìn)入或離開一個(gè)電壓范圍的時(shí)刻。這使您可以同時(shí)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(gè)5伏電源，當(dāng)電源電壓波形正向越過5.5伏閾值電平或負(fù)向越過4.5伏閾值電平時(shí)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(duì)于查找同步控制信號(hào)中的罕見事件（例如寫使能）或查找脈寬調(diào)制信號(hào)中的極值非常有用。在左圖中，觸發(fā)器設(shè)置為正脈沖寬度，大于70 ns。在50 ns脈沖流中檢測(cè)到了100 ns脈沖。
	間隔觸發(fā)可幫助您找到丟失或時(shí)間錯(cuò)誤的邊沿。左圖顯示了兩個(gè)缺失一個(gè)脈沖的4 MHz時(shí)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(fù)脈沖，但間隔觸發(fā)功能可以讓您同時(shí)找到這兩個(gè)錯(cuò)誤，而無需更改觸發(fā)類型。設(shè)置間隔觸發(fā)為上升時(shí)間且間隔時(shí)間大于300 ns時(shí)，示波器在檢測(cè)到這兩種情況時(shí)均會(huì)觸發(fā)，觸發(fā)點(diǎn)為長(zhǎng)間隔后的第一個(gè)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(cè)信號(hào)在一個(gè)指定的時(shí)間段內(nèi)何時(shí)進(jìn)入或離開一個(gè)電壓范圍。在左圖中，標(biāo)稱±700 mV信號(hào)偶爾會(huì)出現(xiàn)過壓和欠壓，但我們將駐留時(shí)間設(shè)置為大于100 ns，以便僅檢測(cè)到超出此范圍的異常寬脈沖。
	窗口漏失觸發(fā)可以檢測(cè)信號(hào)何時(shí)進(jìn)入指定的電壓范圍并在該范圍內(nèi)停留指定的時(shí)間。在左圖中，窗口漏失觸發(fā)設(shè)置為300 ns延遲，窗口為600 mV至800 mV。它忽略了短暫進(jìn)入窗口的第一個(gè)脈沖，以及保持在窗口下方的第一個(gè)漏失，而當(dāng)信號(hào)在窗口內(nèi)保持超過300 ns時(shí)被檢測(cè)到。
	欠幅觸發(fā)檢測(cè)超過第一個(gè)閾值，然后返回低于該閾值而不超過第二個(gè)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(huì)導(dǎo)致邏輯電路出現(xiàn)問題。
	邏輯觸發(fā)可以檢測(cè)示波器多個(gè)輸入的多種邏輯組合。應(yīng)用于每個(gè)輸入的條件可各不相同。在左圖中，邏輯觸發(fā)設(shè)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(shí)刻為0時(shí)變?yōu)檎妫藭r(shí)通道A的信號(hào)電平高于0 V，同時(shí)通道B的信號(hào)電平低于0 V。

3測(cè)試RFID信號(hào)Q因子

圖6 RFID脈沖長(zhǎng)度測(cè)量

在圖5中，我們使用PicoScope 7軟件中的自動(dòng)頻率測(cè)量參數(shù)測(cè)量該RFID信號(hào)的頻率。結(jié)果是13.56MHz。

在圖6中，我們?cè)赑icoScope 7軟件中用標(biāo)尺測(cè)量得到T值為2.945us。然后我們就可以計(jì)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(shí)間t2應(yīng)滿足最小和最大時(shí)間要求。如果時(shí)間t2高于最大要求，則其Q因子值太低，必須增加。如果時(shí)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(duì)RFID測(cè)試開發(fā)自動(dòng)化一致性測(cè)試軟件，因此我們?cè)赑icoScope 7軟件中手動(dòng)測(cè)量了RFID信號(hào)的參數(shù)。Pico Technology除了提供標(biāo)準(zhǔn)的示波器以外，也同時(shí)為用戶創(chuàng)建一個(gè)穩(wěn)定且強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，以便他們有機(jī)會(huì)靈活的基于PicoScope示波器開發(fā)自己的應(yīng)用程序。鑒于此，除了標(biāo)配的PicoScope 7應(yīng)用軟件外，PicoScope示波器還提供強(qiáng)大的軟件開發(fā)套件（SDK）。基于SDK，用戶可簡(jiǎn)單、靈活、高效的開發(fā)高度定制化的自動(dòng)測(cè)試解決方案。

4基于PicoScope SDK自定義RFID測(cè)試方案

PicoScope示波器提供了大多數(shù)臺(tái)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(xiàng)目創(chuàng)建自定義應(yīng)用程序，這使得PicoScope已不僅僅是一臺(tái)常規(guī)的示波器。在SDK下使用時(shí)，PicoScope示波器性能更加強(qiáng)大。例如，可以在流模式下連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間采集數(shù)據(jù)，速度高達(dá)312MS/s；內(nèi)存最大可分為200萬段；用戶可以設(shè)置高級(jí)組合觸發(fā)功能；可以通過程序控制示波器標(biāo)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(shù)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(fèi)的軟件開發(fā)套件(SDK)。SDK包括適用于Windows的驅(qū)動(dòng)程序，以及適用于大多數(shù)產(chǎn)品的macOS、Linux和Raspberry Pi (ARM7)驅(qū)動(dòng)程序，這些驅(qū)動(dòng)通過應(yīng)用程序編程接口(API)充分的開放儀器硬件給用戶進(jìn)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(yǔ)言編寫自己的軟件來控制儀器。代碼示例托管在Pico Technology GitHub頁(yè)面上。此外我們的網(wǎng)站上還擁有一個(gè)活躍的論壇，用戶可以在這里交流有關(guān)PicoScope示波器及Pico其它產(chǎn)品編程的想法和知識(shí)。該SDK還可用于將Pico儀器與行業(yè)廣受歡迎的分析和測(cè)試自動(dòng)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(dòng)化RFID測(cè)試解決方案，該方案主要用于對(duì)RFID信號(hào)的物理層參數(shù)進(jìn)行一致性測(cè)試。

圖8基于PicoScope 3000D示波器自定義RFID一致性測(cè)試方案

圖9 PicoScope 3000D示波器

關(guān)于Pico Technology

Pico Technology是高性能電子測(cè)試儀器的全球領(lǐng)先制造商。源于英國(guó)劍橋強(qiáng)大電子工程傳統(tǒng)，自創(chuàng)立以來，通過創(chuàng)建和領(lǐng)導(dǎo)創(chuàng)新的基于PC的測(cè)試儀器，比克實(shí)現(xiàn)了連續(xù)34年的增長(zhǎng)。其獨(dú)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(jì)高效的工具，涵蓋了從物理層到協(xié)議層的整個(gè)設(shè)計(jì)驗(yàn)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(shí)時(shí)示波器，提供高達(dá)16位ADC分辨率，4G超深存儲(chǔ)器，8個(gè)高分辨率通道和真正的差分探測(cè)。緊湊的33 GHz采樣示波器使工程師能夠輕松實(shí)現(xiàn)TDR特征阻抗測(cè)試，眼圖和時(shí)鐘恢復(fù)等。PicoVNA（矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀），RF Synthesizer（射頻信號(hào)合成器）和PicoConnect高帶寬探頭可擴(kuò)展到RF應(yīng)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(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化的其它儀器一起開發(fā)自定義應(yīng)用程序。終身免費(fèi)軟件和5年保修可保護(hù)客戶的投資。

比克科技是未來。