无源RFID标签芯片灵敏度测试方法研究

引言

　　RFID标签芯片的灵敏度是芯片刚刚被激活所需的最小能量。灵敏度是标签芯片最重要的性能指标，它的大小直接影响RFID标签的性能，例如标签 读/写距离等。因此标签芯片灵敏度准确测试是芯片测试的重要内容之一。在某一频段内，绝大多数芯片厂商仅仅给出芯片一个灵敏度值，而没有标识出芯片灵敏度 随频率的变化情况。利用本文所描述的灵敏度测试方法测试芯片的灵敏度，可以获得芯片在800～1000MHz频段内的灵敏度变化曲线，对于实际应用更有参 考价值。准确测试芯片灵敏度随着频率的变化情况对于芯片开发人员和芯片的实际应用都具有重要的意义。

　　1 芯片灵敏度测试原理

　　将经过封装的芯片引脚焊接到阻抗为50 Ω的SMA连接器，将SMA头通过特征阻抗为50 Ω的同轴线连接到矢量网络分析仪或者RFID标签测试仪的输出口，不需要进行特殊的匹配电路。测试设备需要标签测试仪和矢量网络分析仪。

　　标签测试仪可采用Voyantic公司研发的Tagformance标签测试仪，该测试仪是带有一个输入天线和输出天线接口的专用RFID读写器。天线接口中一个用来向标签传输信号，另一个接收标签的反向散射信号，软件会对该信号进行分析，其内部结构如图1所示。从图1可以看出，标签测试仪的内部结构相当于一个输出频率、功率可调可标定，接收信号可解调可解码的宽频带RFID读写器。实际测试时，为了使得读数方便，在RFID标签测试仪的衰减器输出端口再串接一个20 dB衰减器，然后用同轴线将衰减器和装有芯片的SMA头相连。利用标签测试仪可以扫描出芯片在不匹配的情况下，芯片正常工作所需要的最小工作能量Pmin随频率的变化情况。

　　测试所用的矢量网络分析仪为E5071型，使用之前采用85033E校准头进行校准。实际测试时，将矢量网络分析仪的输出口和安装有芯片的 SMA头用特征阻抗为50 Ω的同轴线相连。在测试频点上，将矢量网络分析仪的输出能量设置为由标签测试仪(在不匹配状态下)测得的芯片的最低功耗Pmin，从网络分析仪上读取反射 系数，依此类推，可以得到芯片在不同频率下的反射系数Γ。

　　从以上分析可以知道，任何时候，安装有芯片的SMA连接器只有2种接法，或者连接到标签测试仪，或者连接到矢量网络分析仪，如图2所示。RFID测试仪和矢量网络分析仪的输出阻抗均为Z0=50Ω。

　　测试过程中，矢量网络分析仪能量设置为某一频率下的最小功耗Pmin(由标签测试仪获取的标签芯片最小可工作功率)。芯片工作在最小功耗下，由 于安装芯片的SMA头和同轴线的损耗可以忽略不计，因此，所有输入的能量或者被芯片吸收，或者全部被反射回来。由于传输线与标签芯片失配，标签芯片所接收 的能量可以通过式(1)计算，即可以得到芯片的能量灵敏度。

　　Pth=PminTtag=Pmin(1-|Γtag|2) (1)

　　式中：Ttag是能量传输系数;|Γtag|2是能量反射系数，1-|Γtag|2即为能量传输系数Ttag;Pmin为利用标签测试仪测得的 某一个频率下芯片的最低功耗;Pth为芯片的能量灵敏度。实际测试中，利用标签测试仪测得芯片的最低功耗Pmin，将矢量网络分析仪的能量设置为 Pmin，测试芯片的反射系数Γ的值，代入式(1)即可得到芯片的灵敏度。

　　2 芯片灵敏度测试结果

　　图3将安装有NXP_G2XM芯片的SMA头通过同轴线连接到标签测试仪衰减器的输出端口，扫描芯片工作所需的最低功耗Pmin随频率变化的情 况。从图中可以看出，在标签芯片和传输线不匹配的情况下，直接得到芯片功耗随频率变化扫描出的曲线。在800～1 000 MHz频段内，每隔10 MHz采集一个功耗值，由于测试时在标签测试仪的输出口串接20 dB衰减器，因此实际功耗值如图4所示。