對射頻(RF)技術了解的讀者們應該注意到，無線射頻辨識系統(RFID)的應用領域正在迅速拓展。這項技術能夠如此快速地成長，並獲得美國國防部指定使用的原因，在於它承諾提供準確而經濟的資產追蹤、安全的即時扣款交易以及供應鏈管理。政府單位與民間機構採用RFID技術，使得可用的RFID系統增加，並帶動了相關的預相容性及相容性測試需求。
對設計者而言，預相容性測試可以大幅降低相容性驗證過程中的測試失敗，以及隨之而來的上市時間問題風險。但是，傳統的預相容性測試是一項費時的手動程序。如果能夠了解將許多測試步驟自動化的RFID預相容性測試及技術，預相容性測試就能夠實際使用於快速的產品開發週期中。
善用預相容性測試 節省上市時間/成本
大多數的業界標準都會要求，必須成功通過多種相容性測試，才能標示代表效能相容性的認證商標。這些認證對於潛在客戶群極為重要，因為它們能夠提供獨立機構的保證，告訴客戶RFID系統能夠與各式各樣的讀取器和不同廠商提供的標籤一起正常運作。
相容性測試就像是所有公正、客觀的測試：一旦準備不夠充分，就會遭遇重大的挫敗。在瞬息萬變的RFID業界，如果對相容性認證的準備不夠充分，必須付出的慘重代價，通常就是錯失市場需求高峰期的機會成本。如果相容性認證失敗，而必須重新排定其他測試的時程，也就是可能會因為延遲推出產品而損失巨大的獲利，或是失去重要客戶的訂單。
想要防止這種難堪的情況，一次通過相容性測試，唯一的方法就是在整個設計週期中以及預先測試的過程中，密集地進行準備工作。致力於預相容性測試的公司，能夠讓自己第一次就快速通過測試，並加快上市的速度。
如果能夠在將設計交給其他機構之前先行發現問題，比起在相容性認證實驗室中才發現問題，能夠省下更多的成本。只要利用有效率的預相容性測試(圖1)，多花幾天就能保住數週的獲利。
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| 圖1 預相容性量測，例如穩定延遲時間，有助於確保詢問器第一次即通過正式的相容性測試。 |
獲得認證的測試實驗室，會使用自訂的自動化測試系統執行相容性測試。這些測試比一般的工作台開發測試更加詳盡，而且通常會模擬實驗室中難以複製的真實世界狀況。如果進行量測的時間極為漫長，對大多數工程師而言，為設計進行詳盡測試所需的時間，可能會長到不合理的地步。正確的測試設備與軟體工具組合，能夠讓預相容性測試成為實際可行的選項。
既有測試系統無法因應RFID測試挑戰
RFID測試系統開發人員面臨的技術挑戰，同時包含了RF和RFID技術的通訊協定特性。在RFID通訊中，同時存在著讀取器放射的高位準訊號(如功率)，以及來自標籤的低位準反彈散射訊號。最大的挑戰之一，就是在數微秒之內，同時觸發並捕捉這兩種類型的訊號。在測試RFID裝置所有的協定要求時，須要產生不同類型調變訊號、協定命令和響應的能力。
對RFID詢問器來說，必要的一般RF量測有頻率準確性、RF包絡和開機/關機波形，而在協定測試中，則必須驗證連結時序參數。測試RFID標籤時，工程師必須模擬與特定標籤通訊時的詢問器命令。舉例而言，此時必須進行的RF量測有解調變功能、工作週期和運算頻率範圍。在協定方面，除了其他要求，還必須檢查連結時序和標籤狀態以及轉態。
傳統上，掃描微調頻譜分析儀、向量訊號分析儀和示波器，都是用於無線資料連結開發。但是在RFID產品開發中，這些儀器的先天限制開始浮上檯面。
舉例來說，在進行發射器RF頻譜輸出的特性分析時，一直都是使用頻譜分析儀，以確保能夠符合規範的發射限制。但是傳統的掃頻微調頻譜分析儀主要是為了連續訊號的分析而開發，而不是為了使用於現代RFID產品的間歇性RF脈衝。這樣可能會導致各式各樣的量測問題，特別是在脈衝RF訊號的準確擷取和特性分析上。
另外，向量訊號分析儀擷取暫態RF訊號的能力極為薄弱，因為它最初是為了連續波形(CW)訊號而開發的。大多數向量訊號分析儀的記憶體空間有限，為了確保能夠以有限的記憶體擷取到想要的波形，必須以準確的觸發搭配進行資料擷取。雖然大多數的向量訊號分析儀，都對常見的頻譜有效調變擁有廣泛的解調變能力，但是對於頻譜無效的RFID調變，以及其特有的脈波碼調變(PCM)解碼需求，目前的產品實際上完全無法支援。這使得目前這一代的向量訊號分析儀對於RFID工程師而言殊少價值。
示波器長久以來一直是分析基頻訊號的重要工具。近年來，有些示波器將取樣速度擴充到極高的微波頻率。但是，對於RFID系統中的超高頻(UHF)或更高頻率的量測，它們仍舊不是最佳的工具。相較於現代的即時頻譜分析儀，快速示波器的量測動態範圍較小，也缺少調變與解碼能力。
即時頻譜分析儀大幅提升診斷洞察力
在上述情況下，即時頻譜分析儀(RSA)可搭配能夠迅速進行許多業界關鍵規格需求特性分析的RFID量測軟體，提供有效率的測試及診斷工具，藉此解決傳統量測工具的限制。這樣的組合提供了速度及穩定性，使得預相容性測試在壓力最大的設計條件下依然得以進行。
射頻分析儀必須針對暫態訊號最佳化，才可進行脈衝標籤讀取及寫入。現代RSA使用即時架構和時間關連顯示，而擁有卓越的暫態訊號特性分析能力。RSA擁有的數位處理速度，足以在輸入訊號時將時域樣本轉換為頻域樣本，並在擷取資料記錄前進行即時快速傅立葉轉換(FFT)。在多域中進行時間關連分析，能夠指出在不同的時間、頻率和調變相對於時間的顯示畫面中，造成關連行為出現之事件的異常情況，大幅提升了診斷的洞察力和可靠度。
RSA包含內建的表格資料顯示，能夠讓工程師迅速搜尋相容性問題。若使用傳統測試設備，進行許多量測需要的勞力都會十分艱鉅，因此在邏輯上只能檢查數個點。RSA進行量測時能夠達到的高速，使工程師得以更加貼近現實地進行詳盡的相容性測試。
大多數重要的RF量測，都可以使用RFID量測軟體輕鬆設定並完成，使工程師能夠快速檢查並重複檢查與規格的相容性。這樣減少了實際的相容性測試中發生意外失敗的可能性。例如，在各種條件下仔細安排的預相容性量測，會測試詢問器的資料脈衝開啟、關機和RF包絡漣波，有助於避免認證過程中的問題。
如果相容性測試中發生問題，有一個方法就是使用可攜式的RSA，當場迅速進行電路的疑難排除。一旦了解了相容性失敗的情況，就能運用多域時間關連分析功能，提供追蹤故障找出根本原因所需的深入了解。這樣能夠協助工程師迅速辨識問題，挽救為相容性付出的努力。
RSA掌握預相容性測試
為了說明RSA搭配RFID分析軟體的組合、能夠如何使用於預相容性的用途，若從符合政府法規要求而執行的頻譜發射特性分析中，可以看出必須進行的關鍵量測。政府法規規定傳送訊號的功率、頻率和頻寬都必須受到管制。其目的在將干擾減至最低，並確保每一台發射器在使用頻譜時，都能與其他頻帶使用者相安無事。
脈衝訊號的功率量測對許多頻譜分析儀都是一大難題。相反的，RSA能夠將暫態訊號最佳化，以辨識脈衝RFID封包傳輸中的功率，並為封包傳輸過程中的任何特定時段，進行代表完整頻譜訊框的FFT分析。這項功能使設計人員毋須將微調掃頻同步化，這是比較老舊的掃頻微調頻譜分析儀經常遇到的問題。此外，傳統的頻譜分析儀會使用修正因數，以補償累積記錄視訊放大器(SLVA)峰值偵測電路。而現代的RSA則是使用真正的均方根(RMS)偵測方式，準確讀取大多數法定量測的功率。
訊號的載波頻率是另一項重要的頻譜發射量測。進行這項量測的方式有兩種：求取實際的絕對載波頻率，或是特定的指派頻道頻率中的載波頻率錯誤。RSA首先會在訊號解調變時顯示載波頻率錯誤，並可在頻譜分析模式中顯示絕對載波頻率。值得注意的是，解調變的載波頻率量測並不要求將訊號置於跨距的中央。這在處理跳頻訊號時十分有用。
其他的量測還包括占用頻寬(OBW)量測和發射頻寬(EBW)。這些量測可由兩種方式取得。在解調變模式中，RSA會顯示OBW和EBW，以及載波頻率和傳輸功率位準。若將它們預先設定為自動化量測，工程師就能迅速且準確地判斷其設計是否符合法規的要求(圖2)。這樣能夠免去嘗試將傳統的頻譜分析儀同軸，以量測脈衝RFID訊號的苦差事。
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| 圖2 只要顯示頻譜並選擇 OBW/EBW 量測，即可迅速進行關鍵規範頻譜量測。 |
RSA有助設計達到業界標準
可靠的詢問器和標籤互動，須要符合業界標準的設計，例如ISO 18000-6 Type C規格。這會在為了達到政府頻譜放射要求而必須進行的測試之外，額外增加許多的測試。RF相容性測試能夠確保標籤與讀取器之間擁有可靠的互通性。
RSA和RFID軟體的組合，能夠讓確保互通性的工作更加輕鬆。完整的RFID套裝軟體中，包含了範圍十分廣泛的標準，例如ISO 18000-4 Mode 1以及ISO 18000-6 Type A、B和C等標準所要求的量測。預先設定好的量測，能夠省下查看這些訊號格式所需的大部分設定時間。表1中顯示的是一個樣本。
表1 RFID量測軟體所預設的測試樣本
例如，ISO 18000-6 Type C的一項重要量測，就是開機與關機的時間。載波能量的上升時間必須立即開啟，以確保標籤蒐集到的能量足以使功能正常運作。訊號還必須維持在穩定的位準。在傳送的最後，訊號脈衝的下降時間必須夠快，以避免打斷其他的傳輸。只要將RSA配置為進行本測試，它就會自動量測開機上升時間、關機下降時間、功率平復時間、過激和激發不足(圖3)。RSA另外還會在量測視窗中顯示波形特性，可提供工程師更詳細的觀點，以進行進一步的分析和除錯。
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| 圖3 查詢階段作業的開機與關機量測，可以使用 RSA 上自動化的 RFID 軟體測試，以判斷是否符合業界標準。 |
詢問器與標籤之間的通訊，是利用開機期間的振幅移位鍵控(ASK)訊號脈衝而完成。這些訊號脈衝組成了RF包絡，對於互通性相當重要。調變脈衝包絡中包含的特性，可確保讀取器與標籤之間能夠相容。此時RFID軟體可用來自動量測RF包絡規格，例如開啟寬度、關閉寬度、工作周期、開啟漣波、關閉漣波，以及RF包絡邊緣的斜率。
另一項應用就是使用RSA進行各種調變包絡的特性分析，包括DSB-ASK、SSB-ASK和PR ASK。若只想追蹤協定傳輸，有一個很實用的方法，就是讓RFID軟體先以指數標示個別脈衝，再進一步將這些脈衝細分為顯示個別符號參數的包絡數。
一旦達到基本規格，確定可以取得認證之後，另外一件很重要的事就是將RFID產品的部分功能最佳化，以取得特定市場區隔中的競爭優勢。目前的測試環境具有極高的價值，能夠協助設計人員將系統效能最大化，同時也將達成期待的目標必須付出的心力降到最低。
RFID產業涵蓋了各式廣泛的技術及應用，其中許多都和一般的通訊連結大相逕庭。在頻繁的變動頻率、涉及的複雜程度以及嚴格的認證測試下，設計者再也無法承擔不先執行預相容性測試，就直接進入認證實驗室的風險了。
現代RSA結合了功能廣泛的RFID分析軟體套件，其中包括支援國際RFID標準的超快速開發診斷，並提供可行的預相容性測試執行方式。RSA還可協助工程師執行RFID量測，若使用傳統的掃頻分析儀或向量訊號分析儀，這些量測不是無法進行，就是需要複雜而耗時的測試設定。
(本文作者為太克科技技術行銷經理)