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借力多功能測試平臺 NFC開發商克服量測挑戰

作者:陳俊宇
來源:新電子
日期:2014-01-13 08:40:19
摘要:市場上對于NFC技術的認證或檢驗程序很多,傳統測試平臺已無法滿足不同的測試需求。開發人員需要一套具備高度準確性的多功能測試平臺,該平臺須整合多元功能,如NFC裝置模擬、協定編碼/解碼、訊號擷取分析等,以提高測試效率并加速NFC裝置的研發時程。

  市場上對于NFC技術的認證或檢驗程序很多,傳統測試平臺已無法滿足不同的測試需求。開發人員需要一套具備高度準確性的多功能測試平臺,該平臺須整合多元功能,如NFC裝置模擬、協定編碼/解碼、訊號擷取分析等,以提高測試效率并加速NFC裝置的研發時程。

  近距離無線通訊(NFC)技術是基于標準的短距通訊技術,它整合了無線射頻識別(RFID)技術,以及行動通訊裝置(如智慧型手機、平板電腦、電子閱讀器)和無線網路基礎設施。采用NFC技術的行動裝置可透過觸碰或是讓兩個裝置彼此靠近的方式建立無線通訊,NFC裝置也可以和未供電的NFC晶片或標簽(Tag)進行通訊。

  NFC標準基于現有的13.56MHz短距、高頻(HF)標準,包括NFC論壇(NFC Forum)非營利產業協會所制訂的標準。該技術可在最遠10公分的距離內,以高達848kbit/s的資料交換速率,透過三種模式運作:點對點、晶片卡模擬和讀/寫模式。NFC與最新的免接觸式RFID技術相容,并且彌補了藍牙(Bluetooth)和無線區域網路(Wi-Fi)技術的不足。

  近來許多主流電子裝置正廣泛采用NFC技術。不久的將來,數以百萬計的消費性電子產品都將使用NFC裝置,以便與其他NFC基礎設施進行溝通,達到運輸、零售、醫療、支付、娛樂、存取控制、資訊收集和交流的目的。

  為確保產品順利問市,相容性和互通性測試必不可缺。某些產業組織,如NFC論壇,已開發技術和測試規格,讓開發人員能夠順利地測試和驗證他們所開發出的NFC裝置(圖1)。

借力多功能測試平臺 NFC開發商克服量測挑戰

  圖1 最新NFC論壇規格支援多種運作模式,包括點對點、晶片卡模擬,以及讀取/寫入等

  傳統NFC測試系統復雜 多功能測試平臺應運而生

  NFC技術讓不同行動裝置能夠透過簡單的觸碰進行非接觸式通訊,大幅簡化消費者進行交易、交換數位內容和連接電子裝置的流程。同時,它也開啟了行動應用的新篇章,并且展現了新的應用情境,包含從行李追蹤和個人身分識別,到電子支付和行動RFID。然而,要獲得這些好處,行動裝置開發人員須在研發到最終認證的整個產品開發過程中,迅速而準確地測試其NFC裝置,以便在產品上市之前,確保其正常運作和互通性。

  測試NFC元件或裝置時,必須同時執行類比(即RF)和數位(即通訊協定)測試。執行類比測試時,開發人員須量測功率位準、波形品質、頻率準確度與調變;而數位測試則須驗證低層協定交換、鏈路時序和訊框,以及更高的協定層,如邏輯鏈路控制協定(LLCP)和簡單NDEF交換協定(SNEP)等。此外,針對不同的開發階段,開發人員須采取不同的測試策略(圖2)。更麻煩的是,NFC元件開發人員必須兼顧傳統的非接觸式標準和NFC論壇的規格,以及NFC技術標準的無線介面規格。傳統的測試系統大多都須要借助外部儀器來配置測試平臺,以便滿足所有這些不同的測試需求,造成測試系統變得超級復雜,開發人員很難快速學會操作,因而增加成本并降低投資回報。此外,隨著NFC技術不斷增強,全新的認證和相符性檢驗程序也應運而生,使得現有的測試平臺必須加以修改,開發人員也須重新學習新的操作。

借力多功能測試平臺 NFC開發商克服量測挑戰

  圖2 各個不同的NFC開發階段需要不同的測試策略

  為了準確、經濟有效且快速地處理NFC技術及相關標準所衍生的復雜性和測試挑戰,開發人員使用的測試系統須配備高度準確性且易于配置的多功能測試工具。這些工具必須能夠在產品開發的所有階段,執行NFC標準所規范的每一項射頻和協定量測,并能靈活地加以調整,以便因應持續發展中的NFC標準。這類測試系統還須具備豐富的特性和功能,例如NFC裝置(支援閱讀器和標簽功能)模擬器;訊號產生/擷取/分析能力、協定編碼/解碼能力、相符性特色、自動定位工具,以及量測不確定性等項目。

  多功能測試工具 加速NFC產品開發周期

  市面上已有廠商為NFC制造商和測試實驗室開發RIDER HF測試系統,具有前述的功能與特性,可在所有產品開發階段提供NFC技術研發和相符性測試功能,是公認的NFC論壇認證工具。不同于其他測試系統須要透過外部儀器來配置完整的測試系統,RIDER測試系統由T1141A RFID高頻測試儀、控制電腦和必要的測試介面所組成,是體積輕巧的單機式解決方案,內含所有必要的量測工具;還可添加自動定位機器人,以便符合NFC論壇規格所要求的準確、自動定位測試介面。

  RIDER測試系統可執行目前高頻NFC和RFID技術標準所涵蓋的大多數RF和協定量測,例如NFC論壇的數位協定、類比、LLCP和SNEP規格;ISO的NFC標準(SO/IEC 14443和ISO/IEC 18092)以及ISO的RFID高頻標準(SO/IEC 18000-3和ISO/IEC 15693)用者也可建立并自動執行自己的測試案例,甚至還可模擬NFC和RFID裝置。

  RIDER測試系統有兩種型號可供選擇:T3111S RFID高頻相符性測試系統和T3121S RFID高頻研發測試系統。這兩款機型均配備必要的硬體元件,以便管理透過不同的測試介面所接收到的訊號,并且與控制個人電腦(PC)中安裝的測試應用軟體互動以進行相關運作。

  其中Test Manager可當作使用者介面和專案管理工具使用,藉以自動控制并執行測試案例,并且自動產生報告,以便在進行射頻和相符性測試時評估測試成效。 Virtual Panel應用軟體介面方便使用者研究并分析來自待測裝置(DUT)訊號,在研發階段準備認證樣品時,這是非常實用的功能(圖3)。此外,Virtual Panel讓使用者能在開發過程中盡早發現錯誤,以便減少除錯時間和成本。

借力多功能測試平臺 NFC開發商克服量測挑戰

  圖3 研發用的Virtual Panel軟體介面提供大量擷取選項,包括波形、波封,邏輯和協定類型訊號

  相容性測試

  設計人員須在開發周期的各個階段進行NFC相符性測試,以便確認NFC元件或裝置是否符合標準規范。為了減輕相符性測試的負擔,T3111S測試系統可單獨執行各個測試案例,也可以自動執行整批測試,其報告引擎有助于深入分析測試結果。

  在某些狀況下,開發人員可能希望測試DUT超出標準規范的特性,因此僅執行相符性測試案例是不夠的。此時,開發人員須客制測試案例參數,并且制定更靈活的測試。RIDER測試系統的硬體和軟體讓使用者能靈活地改變測試案例參數,以便因應不同的測試狀況。此外,使用者可利用其API自訂測試案例。

  NFC研發測試

  進行研發測試時,開發人員須測試NFC裝置的訊號調變、位元級編碼、位元率、訊框格式、協定和指令集,同時還須驗證協定指令和序列是否已正確部署。T3121S可對NFC裝置、智慧卡、RFID閱讀器與標簽,以及在HF頻段運作的RFID裝置進行研發測試。利用Virtual Panel介面,使用者可在VEE、LabView、C/C++、Lab Windows/CVI,或Visual Basic等環境中,開發自己的測試應用程式。

  透過新開發的測試平臺,開發人員毋須使用外部儀器,便可擷取和分析DUT傳輸的訊號,并產生與DUT互動所需的訊息。T3121S提供多種模組選項,讓使用者能針對其射頻研發量測需求客制特殊的解決方案,或是將T3121S配置為協定分析儀或偵測儀器。舉例而言,進行射頻測試時,使用者可建立自己的介面和一組量測,并且配置各種不同的參數,以便擷取訊號(例如擷取時間和類型、參考位準,以及觸發類型)、產生訊號(例如調變指數、資料傳輸速率,以及振幅),或是重現訊號(例如顯示標記與刻度)。T3121S的協定分析功能可模擬不同裝置的特性,以便建立并傳送協定通訊規則中所述的各種訊息,并且接收和處理所有的待測設備響應,以便進行更深入的分析。

  該測試系統也可產生訊息和超出NFC標準限制與規范的通訊情境。如欲依據無效特性執行協定測試,則須在測試工具所傳輸的每個封包中修改酬載(Payload)資訊,也可以產生超出特定限制之鏈路時序響應的協定情境。

  綜合以上討論,我們可以發現,由于消費者不斷要求更簡易便利的資料傳輸及數位內容交換和裝置連接方式,使得NFC技術被廣泛應用于智慧型手機和其他類似的行動電子裝置;然而,此新興技術帶來了相當多的特殊挑戰。

  首先,NFC裝置具有極其復雜的協定和應用,其相關標準正持續發展中,而NFC論壇15693、NFC論壇無線充電,以及NFC論壇Active Mode等技術也正在評估中。日益龐雜的標準及技術革新,使得快速而準確的測試變得更加困難。

  讓問題更加棘手的是,在開發NFC裝置的各個階段,分別需要不同的測試和測試策略,因此設計人員需要適用于所有NFC產品開發階段的多功能測試系統,這也將是研發廠商能順利在全球市場中推出NFC裝置的關鍵。

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