NFC/RFID器件信号分析助力全兼容测试

作者: 冯永沂,高育财

自从2014年九月苹果公司推出Apple Pay新一代的流动支付，接着三星公司在今年三月也推出了Samsung Pay，这带来了NFC功能的智能手机和手表替传统信用卡的新机遇，于是，很多设计13.56MHz NFC或RFID读写器和标签的工程师就询问我们：有没有一个设定容易又准确的测试方案，他们有兴趣看到读写器与标签之间的信号沟通。


图1. NFC/RFID读写器，标签，手机

用传统仪器很难分析NFC/RFID信号

有些工程师曾经尝试用频谱仪去分析 13.56MHz的信号，但是，当标签一接触到读写器,信号就瞬间改变，回复连续波状态。也有些工程师尝试用示波器，发觉很难寻找微秒(usec)毫伏值的脉冲信号，就算看到瞬间脉冲也分不清哪个是读写器信号哪个是标签信号。针对设计工程师日常碰见的问题,通过一下步骤，我们一步一步带领大家去解决。

读写器设定

一般工程师以为把读写器的USB接头插入电脑的USB端口，就可启动电脑编程控制读写器，但其实不行。为什么把所有电脑USB端口都插过还是无法启动读写器呢? 首先我们需要把电脑通信端口地址(com port address)设定，启动NFC/ RFID读写器软件，端口设置，再选择操作卡标准，例如ISO 14443A Mifare_Std S50，就可寻卡，标签就有回应了！

标签是怎样跟读写器沟通呢?

读写器经过天线连续发射13.56MHz的信号，当标签接收得到能量，上电复位，等待读写器命令，读写器将命令调制到 13.56MHz的载波上，芯片根据接收的命令，控制负载状态把响应信息调制和编码经标签天线把信号反向散射(backscattering)标签和读写器互相确认便沟通传达讯息(图2)。


图2. NFC/RFID系统——标签和读写器互相确认沟通

又容易又准确的测试方案

针对13.56MHzNFC/ RFID沟通信号的特性，我们借助了是德科技的X-系列信号分析仪，内置有89601B BHC软件专门分析NFC/ RFID信号。把近场磁探头固定摆放在标签和读写器之上，接上信号分析仪(图3)，启动89601B BHC软件，设定中频13.56MHz/ 频宽8MHz/ 自动功率范围，设定触发电平，启动电脑读写器软件，按一按寻卡，标签有回应，瞬间微秒的脉冲也被抓住了。进行NFC/ RFID信号分析配合ISO 14443 Type A 106kbps，就可一目了然看到采集时间脉冲图，ASK眼图，频谱，解调位，ASK分析总结和ISO 14443分析总结。值得一提的是解调位可看不同格式，例如Hex Bits，又可改变采集时间及选择脉动指数，在采集时间脉冲图里，有清晰的箭头说明哪一个是读写器脉冲哪一个是标签脉冲，更可测量频带功率，用来对比不同标签的反向散射功率特别有用，可以选择不同脉冲指数分析读写器脉冲及标签脉冲沟通信息及特性。


图3. 信号分析仪测试设置

全兼容NFC/RFID/EMV测试系统

在Apple Pay和Samsung Pay支付操怍上智能手机是扮演标签的角色，在不同的应用上手机可以分别扮演读写器，标签或点到点的角色，例如在商店超市里，让广告海报携带RFID 标签，手机就可以扮演读写器的角色去接收多媒体内容。是德科技有一套针对全兼容 ISO 14443A/18092 NFC，ISO 15693/18000-3 RFID，EMV (Europay MasterCard VISA) Level 1 标准测试系统，进行数字协议和模拟射频分析，可仿真读写器和标签，产生任意波形，有强大波形，逻辑，协议和电压分析功能，更配合参考天线和全自动定位机械手作精确重复性高的定位分析。

总结

新一代的流动支付Apple Pay和Samsung Pay带来无限商机，促进NFC/RFID读写器，标签，智能手机和手表的硏究开发。本文针对读写器和标签瞬间微秒短小和毫伏值沟通的小信号，提供了一个又容易又准确的测试方案，运用电平触发捕捉信号，并进行详细的读写器和标签沟通讯息分析,还介绍了一套全兼容的数码协议和模拟射频测试系统，希望能帮助读者更有效测试NFC/RFID/EMV器件并拿到合格认证。