背景技术
近些年,射频识别(Radio Frequency Identification;以下简称为RFID)已经成为IT领域的热点,许多国家都在不遗余力地推广这种技术。
RFID是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获得相关数据。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合,可实现全球范围内物品跟踪与信息共享,故可广泛应用于物流管理、身份识别、物品防伪、公共交通、小额电子支付等许多领域,可大幅提高管理与运行效率,降低成本。
RFID系统一般由阅读器和RFID标签(Tag)所构成。RFID标签由标签芯片和天线组成,每个RFID标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象。RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点,可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。
精确测量对于应用在RFID技术的器件至关重要。在设计阶段,RFID系统模拟需要高度精确的元件表征来保证系统满足其性能要求。在生产制造中,精确地测量验证每一个元件是否满足其公布的指标。因此,RFID标签中在制作过程中或制作后需要进行相应的射频测试,以验证所述RFID标签是否精确地被制造及其射频性能是否正常。
对于RFID标签的射频测试,常见的多利用矢量网络分析仪(Vector Network Analyzer;VNA)来进行。在测试时,一般是将待测的标签芯片置于测试夹具上,再为所述标签芯片配置一个天线,使得包括标签芯片和天线在内的负载端阻抗与矢量网络分析仪的内阻相匹配,这样,矢量网络分析仪将用于测试的射频信号以无线传输方式发送至所述标签芯片进行测试;根据测试结果和天线的技术特征,就可以获悉待测的标签芯片的属性(例如特性阻抗)。
但在上述测试技术中,由于RFID标签中的天线类型多样而具有不同的阻抗(阻抗一般为实部几十欧姆,虚部几百欧姆,且为变量),而矢量网络分析仪的射频信号源的内阻一般为固定的50欧姆。根据物理规律,要使射频信号传送到标签芯片的功率最大,标签芯片和天线的阻抗必须与矢量网络分析仪的内阻相匹配。否则,如果阻抗不匹配,则射频信号中的一部分就会形成反射,不仅会降低传输效率,还会损坏矢量网络分析仪、产生震荡或辐射干扰等。为避免上述问题的产生,在测试前,就需挨个去选取一个合适的天线,使得所述天线和标签芯片构成的负载端的阻抗与矢量网络分析仪的射频信号源的内阻相匹配,这样造成操作十分繁琐,更严重的是,并不能确保最终选取的天线和标签芯片构成的负载端的阻抗能与矢量网络分析仪的射频信号源的内阻完全匹配,得到测试结果也只能做到近似而无法达到精确。
另外,例如公开号为CN101592704A的中国发明专利申请提供了一种RFID标签测试方法。所述方法包括:由向RFID标签芯片发射符合ISO国际标准的射频信号,在待测RFID标签芯片返回信号后,将其转换成为相应的数字信号,通过与事先保存的期待值进行比较,判别芯片的通讯功能是否实现;以及应用测试设备接收待测RFID标签芯片的检测数据项目信息,包括物理特性检测、静态性能检测、动态性能检测及射频识别与电子标签产品应用模拟试验场,并将测试结果传输到主机,以实现快速而便捷的RFID测试,标准一致性和优化测量。但上述电子标签RFID测试方法主要用于对实际应用中的电子标签RFID进行标准符合性测试、可互操作性测试和性能测试,以判断其是否符合预期的效果,但上述测试方法并没有特别涉及待测RFID标签芯片的特性(例如特征阻抗、增益或传输效率等)的测试工作。
发明内容
本发明解决的问题是,提供一种测试系统及测试方法,避免现有技术中选取天线进行阻抗匹配时操作繁琐,以及芯片测试不准确的问题。
为解决上述问题,本发明提供一种测试系统,包括:测试夹具、测试装置及差分可调匹配网络,其中,所述测试夹具具有用于装载待测芯片的承载结构以及用于与所述待测芯片电性连接的测试端口;所述测试装置包括:射频信号源,具有输出射频信号至所述待测芯片的至少一个射频测试端口;接收单元,用于至少接收所述射频信号经过待测芯片后的反射信号和传输信号;处理及显示单元,用于对所述接收单元接收的射频信号进行处理并予以显示;所述差分可调匹配网络具有与所述射频信号源的射频测试端口对应的输入端口和与所述待测芯片的测试端口对应的差分输出端口,用于对包括待测芯片在内的所述测试装置的负载端的阻抗进行调谐以使得所述测试装置的负载端的阻抗与测试装置的内阻相匹配,提供测试装置测量测试夹具中待测芯片的特性。
可选地,所述差分可调匹配网络包括由电阻和可调电容所构成的π型电路或由电阻和可调电感所构成的π型电路。
可选地,所述测试装置的内阻为50欧姆。
可选地,所述待测芯片的特性包括阻抗增益、衰减、隔离、回波损耗、驻波比、相位和传输效率中的一种或多种。
可选地,所述测试装置的射频信号源输出的射频信号的频率为高频、超高频或微波。
可选地,所述待测芯片包括射频识别标签芯片。
可选地,所述测试装置为矢量网络分析仪。
本发明另提供一种应用于上述测试系统进行测试的方法,所述测试方法包括:提供装配有待测芯片的测试夹具、测试装置和差分可调匹配网络,将测试夹具、差分可调匹配网络和测试装置对应连接;调校所述差分可调匹配网络,对包括所述待测芯片在内的所述测试装置的负载端的阻抗进行调谐,使得所述测试装置的负载端的阻抗与所述测试装置的内阻相匹配;利用测试装置对所述待测芯片进行测试,获得所述待测芯片的特性。
可选地,所述待测芯片的特性为特性阻抗,进一步展开包括:断开所述差分可调匹配网络与所述待测芯片的连接,再将所述差分可调匹配网络和所述测试装置对应连接;利用所述测试装置对所述差分可匹配网络进行测试,获得差分可调匹配网络的阻抗;通过上述在阻抗匹配时所述测试装置的负载端的阻抗和所述差分可调匹配网络的阻抗,得到所述待测芯片的特性阻抗。
可选地,所述待测芯片的特性为传输效率,所述测试方法还包括:在调校所述差分可调匹配网络之前,在所述待测芯片上并联负载电阻;调校所述差分可调匹配网络,对包括所述待测芯片和负载电阻在内的所述测试装置的负载端的阻抗进行调谐,使得所述测试装置的负载端的阻抗与所述测试装置的内阻相匹配;利用测试装置分别得到信号源处的反射系数、所述差分可调匹配网络输入端的反射系数和散射系数、信号源处的传输功率、以及所述负载电阻的电压;根据所述差分可调匹配网络输入端的反射系数和散射系数,得到所述待测芯片负载端的反射系数;根据所述信号源处的反射系数、所述差分可调匹配网络输入端的反射系数和散射系数,得到传输增益;根据所述传输增益和信号源处的传输功率,得到负载端的传输功率;根据所述负载电阻的电压、所述负载电阻的阻值以及负载端的传输功率,得到待测芯片的传输效率。
与现有技术相比,本发明所提供的测试系统及测试方法,通过在测试夹具和测试装置之间配置差分可调匹配网络,使得待测芯片和所述差分可调匹配网络构成的负载端与测试装置实现阻抗匹配,在对待测芯片进行射频测试时获得更准确的测试结果。
具体实施方式
在针对射频识别标签芯片的射频测试中,阻抗匹配是决定待测芯片频率响应测试准确性的重要因素之一,若阻抗不匹配,测试的准确性就会大打折扣。而现有技术中,对阻抗匹配没有很好的调谐技术,得到的测试准确性欠佳。
有鉴于此,本发明提供一种测试系统,包括具有待测芯片的测试夹具;包括射频信号源、接收单元和处理及显示单元的测试装置,所述射频信号源具有输出射频信号至所述测试夹具的待测芯片的至少一个射频测试端口;所述接收单元用于至少接收所述射频信号经过待测芯片后的反射信号和传输信号;所述处理及显示单元用于对所述接收单元接收的射频信号进行处理并予以显示;位于测试夹具和测试装置之间的差分可调匹配网络,用于对包括待测芯片在内的负载端的阻抗进行调谐以使得负载端的阻抗与测试装置的内阻相匹配。本发明所提供的测试系统,能够根据各式待测芯片而适时对待测芯片的阻抗进行调谐,使得包括待测芯片在内的负载端的阻抗与测试装置的内阻相匹配,在对待测芯片进行射频测试时获得准确性更高的测试效果。
下面将结合附图对本发明的实施例进行说明。本发明利用示意图进行了详细描述,在详细描述本发明实施例时,为便于说明,表示装置结构的示意图会不依一般比例作局部放大,不应以此作为对本发明的限定。
图1显示本发明一种实施方式中测试系统的结构示意图。
在本实施例中,所述测试系统可以适用于射频识别技术中射频识别标签芯片的射频测试,获得射频识别标签芯片的特性(例如频率响应、特性阻抗等),但并不以此为限,在其他实施例中,也可以是其他应用于射频范围的其他芯片。
如图1所示,所述测试系统包括具有待测芯片的测试夹具10、测试装置30以及配置于测试夹具10和测试装置30之间的差分可调匹配网络20。
测试夹具10是用于作为待测芯片的装载设备,其具体可以为具有规则形状(可以根据待测芯片的形状而对应的为矩形、正方形、圆形或其他类似形状)的平台或车床,而在测试夹具10的中央或接近中央处开设有与待测芯片对应的、例如为凹槽或凸台的承载结构100(通常称为DUT Socket),这样,待测芯片就可通过承载结构100而稳固地装配至测试夹具10上。另外,为达测试目的,测试夹具10还具有设于承载结构的旁侧,与待测芯片的待测引脚对应的测试端口A1、A2。
需说明的是,所述待测芯片为应用于符合ISO/IEC、EPC Global制定的RFID标准的RFID标签芯片,其可以根据工作频率而分为125KHz的低频(Low-Frequency,LF)、13.56MHz的高频(High-Frequency,HF)、860MHz~960MHz超高频(Ultra-High-Frequency,UHF)和2.4GHz及以上频段的微波频段(Microwave,MW),优选地,本发明主要涉及高频(HF)和超高频(UHF)。另外,所述待测芯片可以采用晶粒(Die)、晶片(Chip)或不同尺寸的其他形式。
测试装置30主要用于对待测芯片进行射频测试。测试装置30至少包括射频信号源、接收单元和处理及显示单元(上述各单元未在图中显示)。所述射频信号源可以产生射频信号,射频信号源具有输出射频信号的一个或多个射频测试端口(在图1中仅示出一个射频测试端口E1),当射频信号源发送的射频信号由射频测试端口E1输出并向待测芯片C发送时,一部分射频信号被反射回来,另一部分射频信号被传输至待测芯片C。所述接收单元用于至少接收所述射频信号经过待测芯片后的反射信号和传输信号,在实际应用中,所述接收单元在接收射频信号后还可以对所述射频信号进行下变频处理,产生适于后续处理的中频信号。所述处理及显示单元用于对所述接收单元接收的射频信号进行处理并予以显示,具体可以包括例如将射频信号由模拟信号转换为数字信号的A/D模数转换、提取被测网络的幅度信息和相位信息、以及通过比值运算得到被测网络的传输特性,并将测试结果以图形或数据的形式予以显示。测试装置30可以根据射频信号的例如反射、传输等情况经分析处理而获得网络传输特性以及待测芯片的特性(例如特征阻抗、增益或传输效率等)。在本实施例中,较佳地,测试装置30可以是矢量网络分析仪(Vector Network Analyzer,VNA)(在如下描述中,将矢量网络分析仪也标示为30)。矢量网络分析仪30是一种对射频器件或射频系统进行测试的理想仪器,具有速度快和精度高的特点,它能测量射频器件或射频系统的传输特性、反射特性和相位特性,例如测量测量射频器件的插损、增益、衰减、隔离、回波损耗、驻波比(SWR)、相位、阻抗、群延迟、史密斯圆图等。由于所述矢量网络分析仪的使用原理及操作方式已为本领域技术人员所熟知,故不在此赘述。
在之前的现有测试技术中,一般是先通过手动方式为待测芯片C挨个去选取一个合适的天线,使得所述天线和待测芯片C构成的负载端的阻抗与矢量网络分析仪的射频信号源的内阻相匹配;之后,再由矢量网络分析仪30输出射频信号至待测芯片C,通过接收射频信号的反射信号和传输信号来测试出待测芯片C的特性。但在上述现有技术中,由于待测芯片C的类型各异(即使是同一类型)而使各自的特性不同,易导致选取阻抗匹配的天线的工序比较繁琐,通常得在多次选取后才能找到合适的天线。更甚地,由于是手动方式来选取,还可能不能获得完全匹配的效果,这样经过测试后得到的测试准确性仍欠佳。
而在本发明的测试系统中,额外提供了能获得阻抗匹配效果的差分可调匹配网络(Differential Tunable Matching Network;DTMN)20,所述差分可调匹配网络20配置于测试夹具10和测试装置30之间。具体来讲,差分可调匹配网络20包括与矢量网络分析仪30连接的一个信号输入端口B以及与测试夹具10中的测试端口A1、A2对应连接的一对差分输出端口D1、D2,差分可调匹配网络20内部结构可以例如为π型电路、L型电路等,以π型电路为例,由电阻和分立于所述电阻的两端的可调电容所构成或由电阻和分立于所述电阻的两端的可调电感所构成,通过对可调电容或可调电感的调整,使得包括测试夹具10上的待测芯片在内的矢量网络分析仪30的负载端的阻抗与矢量网络分析仪30的内阻相匹配。
下面就以利用本发明的测试系统对待测芯片进行测试以得到所述待测芯片的特性阻抗为例作详细描述。
首先,如图2所示,将装配有待测芯片的测试夹具10、差分可调匹配网络20和作为测试装置的矢量网络分析仪30对应连接。具体包括:将待测芯片装配至测试夹具10的承载结构100上,将差分可调匹配网络20的差分输出端口D1、D2与测试夹具10的测试端口A1、A2对应连接,并将差分可调匹配网络20的信号输入端口B与矢量网络分析仪30的射频测试端口E1对应连接(具体可参阅图2)。在本实施例中,用于将测试夹具10、差分可调匹配网络20和矢量网络分析仪30连接的连接线可以是同轴电缆。
然后,调校差分可调匹配网络20,使得包括测试夹具10上的待测芯片C在内的负载端的阻抗与作为矢量网络分析仪30的内阻相匹配。所述调校包括对差分可调匹配网络20中的可调元件(例如可调电容或可调电感)进行调谐,具体来讲,对差分可调匹配网络20中的可调电容或可调电感进行调谐,即可增加或减少负载端的阻抗值,在矢量网络分析仪30上显示的史密斯图表(Smith Chart,又称史密斯圆图)上的点会沿着代表实数电阻的圆圈走动,直至走到电阻值为1的圆圈上,即可通过可调电容或可调电感把阻抗调整为零,完成匹配。如此,就可以使得待测芯片C在内的负载端的阻抗(不包含容抗和感抗)与矢量网络分析仪30的内阻(即为50欧姆)相同,完成阻抗匹配。
通过提供的差分可调匹配网络20,可以实现待测芯片C在内的负载端的阻抗与矢量网络分析仪30的内阻的阻抗匹配,不仅可以对待测芯片C作更准确地测试,提高了测试精确度,更可模拟出待测芯片C配置天线后在实际应用中的运行状况,例如得到待测芯片C真实情况下的工作功率。
再者,将差分可调匹配网络20的差分输出端口D1、D2与测试夹具10的测试端口A1、A2的连接断开并转而与矢量网络分析仪30的其中二个射频测试端口E2、E3对应连接(如图3所示)。
接着,利用矢量网络分析仪30通过射频测试端口E1、E2、E3分别输出射频信号至差分可调匹配网络20以对其进行测试,从而获得差分可调匹配网络20的特性。所述特性可以包括反射特性、传输特性或阻抗。在实际应用中,在测试时,可以在其中的一个射频测试端口上输出测试用射频信号,而其他的二个射频测试端口则是通过接置50欧姆电阻来接地,以作为标准参考阻抗,如此,分别对上述三个射频测试端口E1、E2、E3进行单独测试,从而获得在所述差分可调匹配网络的各参数(例如散射参数S),获得差分可调匹配网络20的测试结果。举例来讲,在射频测试端口E1输出测试用射频信号,而在射频测试端口E2、E3上分别接置50欧姆电阻来接地,作为标准参考阻抗。同理,而在其他情况下,在射频测试端口E2输出测试用射频信号,而在射频测试端口E1、E3上分别接置50欧姆电阻来接地,作为标准参考阻抗;以及,在射频测试端口E3输出测试用射频信号,而在射频测试端口E1、E2上分别接置50欧姆电阻来接地,作为标准参考阻抗。
最后,通过矢量网络分析仪30在图2中经阻抗匹配后差分可调匹配网络20的负载端的阻抗和在图3中获得差分可调匹配网络20的阻抗,两相比较后并计算后(即在史密夫图表中标示出差分可调匹配网络20的负载端的阻抗和差分可调匹配网络20的阻抗所分别对应的点并求出所述两个点的差值),即可准确地推导出待测芯片C的特性阻抗。相对现有技术,利用本发明测试系统可以简化测试、提高测试准确性。
下面以利用本发明的测试系统对待测芯片进行测试以得到所述待测芯片的网络传输特性为例作详细描述。
首先,将装配有待测芯片C的测试夹具10、差分可调匹配网络20和作为测试装置的矢量网络分析仪30对应连接。另外,在所述待测芯片C上并联一个负载电阻RL,并在所述负载电阻RL的两端配置用以进行电压测试的直流电压计40,所述负载电阻RL可以为一个标准值(例如100KΩ),便于后续数据的简化和处理。形成如图4所示的结构。
然后,调校差分可调匹配网络20,使得包括矢量网络分析仪30上的待测芯片C在内的负载端的阻抗与测试装置30的内阻相匹配。如此,利用所述差分可调匹配网络20,可使得待测芯片C的阻抗与测试装置的内阻匹配。
接着,利用矢量网络分析仪30测试连接的各器件的端口参数,以获得差分可调匹配网络20的特性。所述特性可以包括反射特性、传输特性或阻抗。
最后,利用测试装置30测试得到的参数结果,计算得到所述网络的传输特性以及待测芯片C的传输效率。
下面就如何得到所述网络的传输特性以及待测芯片C的传输效率的计算过程进行详细描述:
首先,从矢量网络分析仪30上的显示屏幕上读取测试信号在差分可调匹配网络20处输入端的反射系数Γin。
然后,将在上述步骤中得到的反射系数Γin代入公式:
ΓL=(S11-Γin)/(S11S22-S12S21-S22Γin) (1)
其中,S11、S12、S21、S22为散射系数;通过公式(1),可以得到待测芯片C处负载端的反射系数ΓL。
这样再可以利用公式:
ZL=100(1+ΓL)/(1-ΓL) (2)
通过公式(2),可以得到待测芯片C处负载端的特性阻抗ZL。
接着,利用公式:
GT=(1-|ΓS|2)/|1-ΓinΓS|2|S21|2(1-|ΓL|2)/|1-S22ΓL|2 (3)
其中,ΓS为信号源处的反射系数;通过公式(3),可以得到传输增益GT,在本公式中,矢量网络分析仪30处测试信号源端的反射系数ΓS可以从矢量网络分析仪30中直接测量并显示得到。
再者,利用公式:
PDEL,L=PAV,SGT (4)
其中,PAV,S为信号源处的传输功率;
通过公式(4),可以得到负载端的传输功率PDEL,L。
最后,再利用公式:
η=PL/PDEL,L=(VDC 2/RL)/PDEL,L (5)
其中,RL为负载电阻的阻值,VDC为负载电阻的直流电压;
通过公式(5),可以得到传输效率η。
本发明虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做出可能的变动和修改,因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。