RF天线射频场参数自动测试设备和方法

摘要

本发明公开了一种RF天线射频场参数自动测试设备和方法，依据本发明建构自动测试设备，可以通过定标天线对射频信号进行采样，然后通过增益电路把信号放大到适于处理信号强度，基于同步电路结合控制单元运算出射频场的各参数，然后通过显示单元把相关结果呈现出来，从而实现测试的自动完成。由于较少的介入人的因素，整个过程自动完成，所处理数据有限，当前主流的控制单元完全可以在非常短的时间内完成测试。又由于该测试受人为因素影响小，定标天线测得的量最终能够准确呈现，能够保证结果的准确性。

权利要求

1.一种RF天线射频场参数自动测试设备，其特征在于，包括：定标天线，用于感应射频场电磁信号，生成电信号；

增益电路，连接于所述定标天线后级，对所述电信号进行增益；

峰值保持电路，连接所述增益电路，对增益后的电信号进行峰值检测；

采样电路，连接于所述峰值保持电路后级，用于采集峰值电压、次峰值电压以及各电压信号采集时刻；

时基电路，触发端连接所述增益电路，输出同步的时基信号，以提供电压采集时刻的时基信号；

控制单元，连接所述时基电路和采样电路，以及峰值保持电路，根据获得的时基信号、采样电路采集到的电压信号并按照预定的算法运算；

其中，显示单元，连接所述控制单元的视频接口，输出显示控制单元的运算结果；

所述时基电路包括触发端连接所述增益电路的放大比较电路和连接于该放大比较电路后级的脉冲捕获电路，以及连接于脉冲捕获电路后级的时钟基准电路，其中，放大比较电路用于生成方波信号，而脉冲捕获电路则捕获方波信号，用于计算信号频率，并产生采样同步时基，对应地，脉冲捕获电路连接所述控制单元，用于输出信号频率，并通过时钟基准电路连接所述控制单元，用于输出同步时基。

2.根据权利要求1所述的RF天线射频场参数自动测试设备，其特征在于，所述控制单元通过时钟信号端子输出连接所述峰值保持电路和采样电路，以提供同步的时基信号。

3.根据权利要求1所述的RF天线射频场参数自动测试设备，其特征在于，所述控制单元为MCU。

4.根据权利要求1所述的RF天线射频场参数自动测试设备，其特征在于，所述控制单元还接有用于参数设置的按键，以及独立的电源模块。

5.根据权利要求1所述的RF天线射频场参数自动测试设备，其特征在于，所述增益电路为电压信号幅度控制电路。

6.一种RF天线射频场参数自动测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）通过电磁感应接收射频场的电磁信号，转换成预定的电信号；

2）对所述电信号进行增益，使其幅度变换成为后续电路能够处理的电平；

3.1）通过比较增益后的电信号与基准电平，输出匹配的由低电平和高电平形成的方波信号；

4.1）基于所述方波信号计算信号频率，并产生采样同步时基信号；

3.2）对增益后的电信号进行峰值检测，采集增益后的信号中的峰值电压和次峰值电压，以及基于所述同步时基信号确定各电压的采样时刻；

5）对峰值电压、次峰值电压以及采样时刻计算得到当前射频场参数；

6）依据标准值验证所述射频场参数，以确定是否测试通过。

7.根据权利要求6所述的RF天线射频场参数自动测试方法，其特征在于，对射频场参数通过显示单元进行显示，对其中不符合标准的数值通过特征标识进行呈现，并给出声音提示。

说明书

RF天线射频场参数自动测试设备和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种RFID读卡器的RF天线射频场参数的测试设备以及测试方法，其中RFID为Radio Frequency Identification，即射频识别，又称电子标签、无线射频识别。

背景技术

[0002] 对于符合ISO14443 TypeA/TypeB标准的RFID读卡设备，要保证读卡效果良好需要满足标准对RF天线场的要求，同时需要射频场的信号参数满足标准要求，其中主要的是工作频率、磁场强度、调制参数、暂停时间参数（t1、t2、t3、t4）、过冲（hf、hr）、位率等。

[0003] 使用RF（Radio Frequency，无线射频）工作场的ASK100%调制原理来产生一个如图1所示的暂停（pause)状态，来进行PCD（接近式耦合设备）和PICC（接近式卡）间的通信。

[0004] PCD场的包络线应单调递减到小于初始值HINITIAL的5%，并至少在t2时间内保持小于5%。该包络线应符合图1。图1纵坐标为载波振幅的包络线，横坐标为时间t，表中Condition(条件)，Min(最小值)，Max(最大值)。

[0005] 借助RF工作场的ASK10%调幅来进行PCD和PICC间的通信。调制指数最小应为8%，最大应为14%，调制波形应符合图2，调制的上升、下降沿应该是单调的。图2纵坐标为载波振幅。

[0006] 上面所提到的如工作频率等参数是否符合标准需要使用仪器来测试，一般是用高频数字存储示波器来测试，图1和图2即为高频数字存储示波器所得出的图形，测试过程是抓取波形、使用光标标定数值后通过计算来得到这些参数与标准要求值进行比较，判定是否满足标准要求，这一过程繁琐、一些参数的游标标定存在一定人为因素，误差偏差大，如图1和图2所示的图表比较复杂，当前制作这类图表非常繁琐，耗费工时比较长。

[0007] 注：ISO14443协议是Contactless card standards，即非接触式IC卡标准协议。

发明内容

[0008] 为此，本发明的目的在于提供一种RF天线射频场参数自动测试设备，以及自动测试方法，以使RF天线射频场参数测试快速准确。

[0009] 本发明采用以下技术方案：

[0010] 依据本发明的一个方面的一种RF天线射频场参数自动测试设备，包括：

[0011] 定标天线，用于感应射频场电磁信号，生成电信号；

[0012] 增益电路，连接于所述定标天线后级，对所述电信号进行增益；

[0013] 峰值保持电路，连接所述增益电路，对增益后的电信号进行峰值检测；

[0014] 采样电路，连接于所述峰值保持电路后级，用于采集峰值电压、次峰值电压以及各电压信号采集时刻；

[0015] 时基电路，触发端连接所述增益电路，输出同步的时基信号，以提供电压采集时刻的时基信号；

[0016] 控制单元，连接所述时基电路和采样电路，以及峰值保持电路，根据获得的时基信号、采样电路采集到的电压信号并按照预定的算法运算；

[0017] 显示单元，连接所述控制单元的视频接口，输出显示控制单元的运算结果。

[0018] 通过以上方案可以看出，依据本发明建构自动测试设备，可以通过定标天线对射频信号进行采样，然后通过增益电路把信号放大到适于处理信号强度，基于同步电路结合控制单元运算出射频场的各参数，然后通过显示单元把相关结果呈现出来，从而实现测试的自动完成。由于较少的介入人的因素，整个过程自动完成，所处理数据有限，当前主流的控制单元完全可以在非常短的时间内完成测试。又由于该测试受人为因素影响小，定标天线测得的量最终能够准确呈现，能够保证结果的准确性。

[0019] 依据本发明另一个方面的一种RF天线射频场参数自动测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0020] 1）通过电磁感应接收射频场的电磁信号，转换成预定的电信号；

[0021] 2）对所述电信号进行增益，使其幅度变换成为后续电路能够处理的电平；

[0022] 3.1）通过比较增益后的电信号与基准电平，输出匹配的由低电平和高电平形成的方波信号；

[0023] 4.1）基于所述方波信号计算信号频率，并产生采样同步时基信号；

[0024] 3.2）对增益后的电信号进行峰值检测，采集增益后的信号中的峰值电压和次峰值电压，以及基于所述同步时基信号确定各电压的采样时刻；

[0025] 5）对峰值电压、次峰值电压以及采样时刻计算得到当前射频场参数；

[0026] 6）依据标准值验证所述射频场参数，以确定是否测试通过。

[0027] 结合上述测试设备的上述测试方法，基于定标产生量的等效转换，基于同步保证测试的准确性和量值的关联性，保证测试的快捷和准确性。

[0028] 上述RF天线射频场参数自动测试设备，所述时基电路包括触发端连接所述增益电路的放大比较电路和连接于该放大比较电路后级的脉冲捕获电路，以及连接于魔宠捕获电路后级的时钟基准电路，其中，放大比较电路用于生成方波信号，而脉冲捕获电路则捕获方波信号，用于计算信号频率，并产生采样同步时基，对应地，脉冲捕获电路连接所述控制单元，用于输出信号频率，并通过时钟基准电路连接所述控制电源，用于输出同步时基。

[0029] 上述RF天线射频场参数自动测试设备，所述控制单元通过时钟信号端子输出连接所述峰值保持电路和采样电路，以提供同步的时基信号。

[0030] 上述RF天线射频场参数自动测试设备，所述控制单元为MCU。

[0031] 上述RF天线射频场参数自动测试设备，所述控制单元还接有用于参数设置的按键，以及独立的电源模块。

[0032] 上述RF天线射频场参数自动测试设备，所述增益电路为电压信号幅度控制电路。

[0033] 上述RF天线射频场参数自动测试方法，对射频场参数通过显示单元进行显示，对其中不符合标准的数值通过特征标识进行呈现，并给出声音提示。

附图说明

[0034] 图1为示波器示出的PCD载波振幅包络线的图形。

[0035] 图2为借助RF工作场的ASK10%调幅的载波振幅包络线图形。

[0036] 图3为定标天线的外形图。

[0037] 图4为依据本发明的一种RF天线射频场参数自动测试设备的电路原理框图。

[0038] 图5为一种自动测试的结果图。

具体实施方式

[0039] 首先关于是定标的概念，定标是一个辐射与遥感领域物理量，是将遥感器或者辐射接受器接收的辐射强度变换为绝对亮度、地表反射率、表面温度、电信号等物理量有关的相对值的处理过程。

[0040] 因此，在本文中，定标天线就是把射频场信号转换成电信号的设备，这里的电信号指电压信号，容易处理。

[0041] 如图3所示，是一种定标天线的结构，其内含定标线圈，该线圈的设计符合ISO10373-6标准，作为射频场信号的接收。

[0042] 一个具体的实施例是定标线圈厚度采用0.76mm厚PCB，覆铜厚度35um，线圈尺寸74*42mm单匝覆铜导线，线宽500um，圆角半径5mm，引出焊盘为1.5mmx1.5mm。线圈围城面
2
积是3000mm。13.56MHz时电感200nH，直流阻抗0.25欧姆。

[0043] 定标线圈在电磁场中峰值电压为900mV时等效磁场强度为1A/m。

[0044] 定标天线产生微弱的电压信号，是一种模拟信号。

[0045] 参照说明书附图4，首先要把微弱的信号放大到适合后续电路处理的强度，如图4所示，采用信号幅度控制电路，或者说增益电路，也可以成为放大电路对微弱的信号进行放大。

[0046] 在此基础上，可以对放大电路进行一些配置，防止如截止或者非线性部分的出现。

[0047] 上面提到的13.56MHz是RF所使用的一种频率，显然，本领域的技术人员容易把所设计方案扩展到RF所适用的所有频段。

[0048] 在上述的内容中，被测信号13.56MHz时的电磁场信号，采用定标线圈接收转换为电信号进行测量。

[0049] 测量内容有：（1）频率，需要有时钟。

[0050] （2）调制场信号峰值、谷次峰值、峰值保持、峰值取样、AD变换。

[0051] （3）调制场信号变换的时间。

[0052] 那么，在上述的测量内容条件下，实现以上测量内容，需要有：峰值保持电路、快速AD取样电路、比较检波电路、定时等。结合说明书附图4，对相关组成进行详细说明。

[0053] 首先是关于峰值保持电路，用于对信号进行峰值检测，然后通过后续的采样电路采集信号中的峰值电压和次峰值电压，以及各电压的采集时刻。

[0054] 为了控制采样时刻的准确获得，需要考虑时钟域的同步问题，图中MCU通过同步控制，实现采样时刻的准确获得。

[0055] 关于同步信号，图中，放大比较电路连接信号幅度控制电路，通过放大比较电路，就可以把模拟量变成数字量，由于放大比较电路是阈值控制输出端的翻转，因此，由此可以产生所需要的方波信号。

[0056] 进而，配置脉冲捕获电路，用于捕获方波，这样就可以产生用于计算的信号频率，并由此产生采样同步时基。

[0057] 脉冲捕获电路直连MCU，把相关参数提供给MCU，以备处理。

[0058] 脉冲捕获电路还通过时钟基准电路连接MCU。

[0059] 关于参数计算，则由如图4所示的MCU完成，其算法不在本案请求保护的范围之内，由于所涉及计算也仅仅涉及本领域的一般计算，基本是发明人不在本案中给出具体的算法，本领域的技术人员也易于得出。

[0060] 根据数据采集部分采集到的各峰值电压及采集的时刻，计算得出：频率f、脉宽t1、暂停宽度t2、上升时间t3、恢复时间t4、峰值电压a、次峰值电压b、下降时间tf、上升时间tr、欠冲幅度hf、过冲幅度hr、调制度m等。

[0061] 在图4所示的结构中，还配置有输出显示单元，对参数计算的结果进行显示，并对是否满足标准要求进行提示。

[0062] 还配有按键设置单元，通过人机交互对工作参数进行设置或者手动发送一些指令。

[0063] 对于电源管理，为了使工作更可靠稳定，应配置独立的电源装置，防止外部设备对其工作可靠性产生影响。

[0064] 通过上述方案，基本可以在一次信号发射过程中抓取个数据参数，通过计算得到RF天线射频场的各标准参数，采用处理器自动运算得到结果并显示，测试方法直观、迅速。

[0065] 在ISO14443-TypeB的Request过程，发送0x05 0x00 0x00命令，命令信号帧有SOF 12~14bit，数据加CRC16校验是5字节，共5*10bit，EOF 10bit，这样一次信号发送最大74bit，106kbps信号每位为9.44us，那么一次信号发送时间为698us，不足1ms时间。因此该发明设备加上信号运算、处理完全可以在1s内完成测试。较采用示波器来手工测试这些信号来说效率大大提高，切减少了人为地误差。

[0066] 工作流程：

[0067] 1）设备进行测试时，定标天线放置到RF天线射频场，启动测试过程。

[0068] 2）定标天线通过电磁感应接收到射频场电磁信号。

[0069] 3）信号幅度控制，将接收到的信号根据需求按比列进行幅度变换到可以处理的电平。

[0070] 4）放大比较电路通过比较电路得到方波信号。

[0071] 5）由脉冲捕获电路捕获方波，用于计算信号频率、产生采样同步时基。

[0072] 6）峰值保持电路，用于对信号进行峰值检测，通过取样变换电路采集信号中的峰值电压与次峰值电压，以及各电压的采集时刻。

[0073] 7）通过MCU控制，对各峰值数值、时刻换算、计算得出个参数：峰值电压a，次峰值电压b，欠冲hf，过冲hr，根据电压采集时刻的差，可以计算得到t1，t2，t3，t4，tf，tr。

[0074] 场强根据峰值电压a得到波形峰值Vpp=2a。根据定标天线两段标定电压Vppm =900mV为1A/m，可计算得到磁场强度H=2a/0.9 A/m。

[0075] 调制度可用公式M=(a-b)/(a+b)计算得到。

[0076] 8）将磁场强度H、调制度M、t1、t2、t3、t4、tf、tr通过显示单元显示。并将各数值不符合标准的可用下划线、反白、其他颜色等区别显示，并声音提示是否测试通过。

[0077] 如图5所示，表示出了一种测试结果，对图5进行说明如下：

[0078] 启动检测后，在13.56MHz的每个正弦波都进行峰值取样，并与前一次峰值取样做比较，在明显小于前一峰值v1数值时说明下降沿开始，依次取峰值数值，在再次与前一峰值v2相等时，说明取到了次峰值，v1即a，v2即b，v2的时刻T2与v1的时刻T1的差值，即为tf。

[0079] 当取得的峰值电压较前一个峰值电压v3明显变大时，波形上升沿开始，当取得的峰值电压再次与其前一个峰值v4电压相等时，上升沿结束。根据各时刻T3、T5可以计算上升时间tr。

[0080] 依次类推，可以得到相应的t1=T3-T1，t2=T3-T2，t3=T5-T3，t4=T4-T3等等。在ISO14443-TypeB，t1也是一个位周期T，倒数就是位率。