CN102830300A - 实现非接触式智能卡芯片的测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了实现非接触式智能卡芯片的测试系统及方法，其中方法包括：主控单元向射频模拟前端模块输出命令信息的数字信号；射频模拟前端模块将输入的命令信息的数字信号调制到射频信号中，并传输给匹配网络电路模块；匹配网络电路模块根据射频信号对射频模拟前端模块和待测模块进行阻抗匹配后，将射频信号发送给待测模块；待测模块从接收到的射频信号中还原出所述命令信息的数字信号。本发明只需在射频模拟前端与待测模块之间进行阻抗匹配，这样能使得射频部分面积减小并简化了系统，并且可对外部强磁场环境的干扰较好地进行抑制，从而提升了测试工装的整体性能。

Description

实现非接触式智能卡芯片的测试系统及方法

技术领域

本发明涉及产品测试技术，尤其涉及带有非接触式智能卡芯片的测试系统及方法。

背景技术

为了保证非接触式智能卡芯片的高成品率，在生产过程中需要对非接触智能卡芯片的各个流程进行严格的控制，智能卡芯片模块已经比较接近智能卡成品的形态，所以进行模块级射频（RF）功能的测试至关重要。对于大批量产品的测试来说，通常对模块实行多带同测，即多台测试工装信号接口分别同时接在多个模块的两个PAD端，每一台工装设备由上位机控制并收发信号。而模块级芯片排列在条带上，两支芯片的横向距离只有1.5mm，纵向距离也只有4.3mm，所以无论工装板相距多远（量产测试要与自动测试机台配合进行，空间十分有限），条带上相邻芯片模块信号接口距离都一样。对于非接触式智能卡芯片来说，信号的传输主要依靠射频传输，测试工装能否有效抑制干扰的杂散波决定了测试工装的性能优劣。

现有工装的技术实现方案由独立的元器件实现射频模拟前端，如图1所示。由于该射频模拟前端的独立元器件较多，其参数对整个射频前端的性能影响非常明显，且PCB的布局面积也较大，接收信号的滤波处理较单一，接收增益基本固定，故其在生产过程中的多种控制电机的强磁场环境下可靠性和稳定性会大幅降低。

如图2所示，在传统的工装的技术实现方案中，待测模块封出天线构成智能卡标签，与射频前端通过匹配网络电路模块以电感耦合方式进行能量传输和信息交互。而对于非接触式智能卡芯片在量产过程中，前已有描述，不可能依照该图2的模式进行能量传输和信息交互对智能卡芯片模块进行测试。

综上所述可知，需要对现有工装的技术实现方案进行改进，解决测试工装在生产过程中对非接触式智能卡模块RF功能的大批量测试中存在的诸多问题：模块测试工装的适应性不强，对环境的要求苛刻，需要不断调整工装板上的可变阻容器件，影响工装稳定的不可控因素多，后期的维护工作较多，以及测试工装成本较高，受量产测试流程和测试环境限制，难以由天线通过电感耦合方式进行能量传输和信息交互式，等等。因此，需要相应地设计出一种应用集成射频模拟前端的实现非接触式智能卡芯片的测试系统及方法，且可简化系统，降低成本，增强可靠性和适应性，维护方便快捷以及降低产品生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种实现非接触式智能卡芯片的测试系统及方法，能够简化系统及增强可靠性和适应性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种实现非接触式智能卡芯片的测试系统，包括依次连接主控单元、射频模拟前端模块、匹配网络电路模块以及待测模块，其中：

主控单元，用于向射频模拟前端模块输出命令信息的数字信号，并对从射频模拟前端模块接收的应答信息的数字信号进行处理；

射频模拟前端模块，用于将输入的命令信息的数字信号调制到射频信号中，并传输给匹配网络电路模块；从匹配网络电路模块传输的射频信号中解调出应答信息的数字信号输出给主控单元；

匹配网络电路模块，用于根据所述射频信号对射频模拟前端模块和待测模块进行阻抗匹配后，将所述射频信号发送给待测模块；将待测模块返回的射频信号传输给射频模拟前端模块；

待测模块，用于从接收到射频信号中还原出命令信息的数字信号，根据该数字信号编码应答信息的数字信号，并将该数字信号调制到射频信号中返回给匹配网络电路模块。

进一步地，该系统还包括通过通信接口连接主控单元的测试终端，其中：

主控单元通过该通信接口接收测试终端的命令信息，并将该命令信息编码成数字信号输出给所述射频模拟前端模块；将从射频模拟前端模块接收的应答信息的数字信号解码成应答信息后，通过该通信接口返回给测试终端；

测试终端，用于向主控单元传输命令信息，并接收主控单元返回的应答信息。

进一步地，匹配网络电路模块包括相互连接的前端输出阻抗匹配单元和待测模块阻抗匹配单元，其中：

前端输出阻抗匹配单元，用于根据不同的射频模拟前端及其射频源的天线驱动将射频模拟前端模块的输出阻抗匹配为标准阻抗值；

待测模块阻抗匹配单元，用于根据待测模块的参数将待测模块等效为负载，确定该负载合适的参数将该负载的输入阻抗匹配为标准阻抗值。

进一步地，待测模块阻抗匹配单元将待测模块等效为负载，合适的参数包括反射损耗、电压驻波比以及品质因数Q值；其反射损耗-∞~5.0，电压驻波比为1∶1~4.0:1，品质因数Q为10~30。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种实现非接触式智能卡芯片的测试方法，涉及主控单元、射频模拟前端模块、匹配网络电路模块，该方法包括：

主控单元向射频模拟前端模块输出命令信息的数字信号；

射频模拟前端模块将输入的命令信息的数字信号调制到射频信号中，并传输给匹配网络电路模块；

匹配网络电路模块根据射频信号对射频模拟前端模块和待测模块进行阻抗匹配后，将射频信号发送给待测模块；

待测模块从接收到的射频信号中还原出所述命令信息的数字信号。

进一步地，该方法还包括：

待测模块根据命令信息的数字信号编码应答信息的数字信号，并将该应答信息的数字信号调制到射频信号中返回给匹配网络电路模块；

匹配网络电路模块将射频信号传输给射频模拟前端模块；

射频模拟前端模块从接收到的射频信号中解调出应答信息的数字信号输出给主控单元；

主控单元对接收的应答信息的数字信号进行处理。

进一步地，该方法还涉及测试终端，主控单元向射频模拟前端模块输出命令信息的数字信号，具体包括：

测试终端向主控单元传输命令信息；

主控单元通过通信接口接收测试终端的命令信息，并将该命令信息编码成数字信号输出给射频模拟前端模块；

主控单元对接收的应答信息的数字信号进行处理，具体包括：

主控单元将从射频模拟前端模块接收的含应答信息的数字信号解码出应答信息后，通过该通信接口返回给测试终端。

进一步地，匹配网络电路模块根据该射频信号对射频模拟前端模块和待测模块进行阻抗匹配，具体包括：

匹配网络电路模块将待测模块等效为负载，调整该负载合适的参数包括反射损耗、电压驻波比以及品质因数Q值；其中反射损耗-∞~5.00，电压驻波比为1:1~4.0:1，品质因数Q为10~30。

进一步地，匹配网络电路模块将待测模块等效为负载，调整该负载合适的参数包括反射损耗、电压驻波比以及品质因数Q值，具体包括：

使用Smith-Chart作为实现匹配的工具，将待测模块具有的特定参数作为匹配电路的一部分，先选用一个电阻和一个电感作为初始值，其中调节电阻匹配电路品质因数Q值，将电感为谐振电路的一部分；再根据此时在Smith-Chart上的位置和实际参数确认是串联还是并联电容，使得复数阻抗的虚部为零，实部接近50欧，同时兼顾电压驻波比。

本发明利用集成的射频模拟前端与构成智能卡标签的待测模块进行接触式信息交互，只需在射频模拟前端与待测模块之间进行阻抗匹配，这样能使得射频部分面积减小2/3，且简化了系统。由于整体射频性能的优劣主要由集成射频模拟前端决定，而该集成射频模拟前端内置有多种可配置的滤波器，且能做到接收增益可选，即由测试终端根据实际情况通过主控单元对滤波器及接收增益进行配置，因而可对外部强磁场环境的干扰较好地进行抑制，从而提升了测试工装的整体性能。

附图说明

图1为现有的测试工装方案中由独立的元器件构成的射频模拟前端与构成智能卡标签的待测模块进行信息交互的原理框图；

图2为现有的测试工装方案中射频模拟前端通过天线与构成智能卡标签的待测模块进行信息交互的示意图；

图3为本发明的实现非接触式智能卡芯片的测试系统实施例的结构框图；

图4为本发明的测试工装方案中集成射频模拟前端与构成智能卡标签的待测模块通过接触式进行信息交互的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和优选实施例对本发明的技术方案进行详细地阐述。应该理解，以下列举的实施例仅用于说明和解释本发明，而不构成对本发明技术方案的限制。

如图3所示，是本发明提供的实现非接触式智能卡芯片的测试系统实施例的结构，包括依次连接主控单元、射频模拟前端模块、匹配网络电路模块以及待测模块，其中：

主控单元，用于向射频模拟前端模块输出命令信息的数字信号，并对从射频模拟前端模块接收的应答信息的数字信号进行处理；

射频模拟前端模块，用于将输入的命令信息的数字信号调制到射频信号中，并传输给匹配网络电路模块；从匹配网络电路模块传输的射频信号中解调出应答信息的数字信号输出给主控单元；

匹配网络电路模块，用于根据所述射频信号对射频模拟前端模块和待测模块进行阻抗匹配后，将该射频信号发送给待测模块；将待测模块返回的射频信号传输给射频模拟前端模块；

待测模块，用于从接收到射频信号中还原出命令信息的数字信号，根据该数字信号编码应答信息的数字信号，并将该数字信号调制到射频信号中返回给匹配网络电路模块。

上述系统实施例还包括通过通信接口连接主控单元的测试终端，其中：

主控单元通过该通信接口接收测试终端的命令信息，并将该命令信息编码成数字信号输出给射频模拟前端模块；将从射频模拟前端模块接收的应答信息的数字信号解码成应答信息后，通过该通信接口返回给测试终端；

测试终端，用于向主控单元传输命令信息，并接收主控单元返回的应答信息。

在上述系统实施例中，

匹配网络电路模块包括相互连接的前端输出阻抗匹配单元和待测模块阻抗匹配单元，如图4所示；其中：

前端输出阻抗匹配单元，用于根据不同的射频模拟前端模块及其射频源的天线驱动将射频模拟前端模块的输出阻抗匹配为标准阻抗值（50欧）；

待测模块阻抗匹配单元，用于根据待测模块的参数将待测模块等效为前级的负载，确定该负载合适的参数将该负载的输入阻抗匹配为标准阻抗值（50欧）。

在上述系统实施例中，

将待测模块等效为前级的负载其合适的参数包括反射损耗、电压驻波比以及Q值，其中反射损耗尽可能小，即反射损耗-∞~5.0；电压驻波比为1:1~4.0:1，品质因数Q为10~30。

假设从射频前端一端看进去的阻抗为Z_in（设计射频模拟前端的输出阻抗为50欧），待测模块阻抗匹配单元等效为前级输出的特征阻抗Z₀，此时所测得的Z_in为包含相位信息的复数阻抗，其值愈接近Z₀，说明匹配性越好。在射频电路中，常用反射损耗这个参数来表示匹配性，如式（1）所示，表示了反射损耗R_L与Z_in及Z₀的关系。

R_L=201g（|(Z_in-Z₀)/(Z_in+Z₀)|）            （1）

反射损耗R_L值越小，表示匹配性能越好，若完全匹配，反射损耗的值将为负无限大。

另一个重要的射频参数是电压驻波比VSWR，其表达式如式（2）所示。

VSWR=(1+|Γ|)/(1-|Γ|)                    （2）

式中Γ为反射系数，Γ=10^-RL/20；驻波比VSWR越大，表明反射功率越高，即传输效率越低，理想情况下的VSWR为1∶1。

由于待测模块的等效阻抗不是纯阻性，故要通过电路的匹配（加入电感L、电容C）使整个匹配端达到谐振状态，此时谐振角频率为ω₀，其表达式如式（3）所示。

${\mathrm{\ω}}_0=1/\sqrt{\mathrm{LC}}---\left(3\right)$

谐振时电路的品质因数为Q，谐振电路的带宽B可用其量度，其关系如式（4）所示。

B=ω₀/Q或Q=ω₀/B                            （4）

由式（4）可知，品质因数和选择性是等价的，因此在带宽确定的情况下，Q值也就随之确定，在进行电路阻抗匹配的时候要使Q值在合理的范围内（10~30）。

综上所述，待测模块端匹配原则为令其尽可能接近前级的特征阻抗Z₀，电压驻波比接近1∶1，合适的品质因数Q一般为10~30。

在工程应用上可使用Smith-Chart作为实现匹配的工具（在如PC机一类的测试终端上运行的软件工具），待测模块本身有一个特定的参数，如容抗、感抗，可以将其作为匹配电路的一部分。首先选用一个电阻和一个电感作为初始值（电阻可以调节匹配电路Q值，电感为谐振电路的一部分）；再根据此时在Smith-Chart上的位置，不同类型模块参数不同，即便初始值相同，所在位置各异，要根据实际参数确定；通过串联或是并联合适的电容，使得复数阻抗的虚部为0，实部接近50欧，同时兼顾电压驻波比VSWR和品质因数Q。这样就完成了待测模块端的和射频模拟前端模块的匹配，实际的匹配效果要进行相应的调试，为此可将部分匹配的参数预留为可调节，如串联电容。

在上述系统实施例中，通信接口为串行通信接口。

本发明的实现非接触式智能卡芯片的测试方法实施例，涉及主控单元、射频模拟前端模块、匹配网络电路模块，该方法包括：

主控单元向射频模拟前端模块输出命令信息的数字信号；

射频模拟前端模块将输入的命令信息的数字信号调制到基频信号上，并传输给匹配网络电路模块；

匹配网络电路模块根据该射频信号对射频模拟前端模块和待测模块进行阻抗匹配后，将该射频信号发送给待测模块；

待测模块从接收到的射频信号中还原出命令信息的数字信号。

上述方法实施例还包括：

待测模块根据命令信息的数字信号编码应答信息的数字信号，并将该应答信息的数字信号调制到射频信号中返回给匹配网络电路模块；

匹配网络电路模块将该射频信号传输给射频模拟前端模块；

射频模拟前端模块从接收到的射频信号中解调出应答信息的数字信号输出给主控单元；

主控单元对接收的应答信息的数字信号进行处理。

上述方法实施例还涉及测试终端，该方法中主控单元向射频模拟前端模块输出命令信息的数字信号，具体包括：

测试终端向主控单元传输命令信息；

主控单元通过通信接口接收测试终端的命令信息，并将该命令信息编码成数字信号输出给射频模拟前端模块；

主控单元对接收的应答信息的数字信号进行处理，具体包括：

主控单元将从射频模拟前端模块接收的含应答信息的数字信号解码出应答信息后，通过该通信接口返回给测试终端。

在上述方法实施例中，匹配网络电路模块根据该射频信号对射频模拟前端模块和待测模块进行阻抗匹配，具体包括：

匹配网络电路模块将待测模块等效为负载，调整该负载合适的参数包括反射损耗、电压驻波比以及品质因数Q值；其中反射损耗-∞~5.0；电压驻波比为1:1~4.0:1，品质因数Q为10~30。

在上述方法实施例中，匹配网络电路模块将待测模块等效为负载，调整该负载合适的参数包括反射损耗、电压驻波比以及品质因数Q值，具体包括：

使用Smith-Chart作为实现匹配的工具，将待测模块具有的定参数（如容抗、感抗）作为匹配电路的一部分，先选用一个电阻和一个电感作为初始值，其中调节电阻匹配电路Q值，将电感为谐振电路的一部分；再根据此时在Smith-Chart上的位置和实际参数确是串联还是并联电容，使得复数阻抗的虚部为0，实部接近50欧，同时兼顾电压驻波比VSWR。

Claims (9)

1.一种实现非接触式智能卡芯片的测试系统，包括依次连接主控单元、射频模拟前端模块、匹配网络电路模块以及待测模块，其中：

主控单元，用于向射频模拟前端模块输出命令信息的数字信号，并对从射频模拟前端模块接收的应答信息的数字信号进行处理；

射频模拟前端模块，用于将输入的所述命令信息的数字信号调制到射频信号中，并传输给匹配网络电路模块；从匹配网络电路模块传输的射频信号中解调出应答信息的数字信号输出给主控单元；

匹配网络电路模块，用于根据所述射频信号对射频模拟前端模块和待测模块进行阻抗匹配后，将所述射频信号发送给待测模块；将待测模块返回的射频信号传输给射频模拟前端模块；

待测模块，用于从接收到所述射频信号中还原出命令信息的数字信号，根据该数字信号编码应答信息的数字信号，并将该数字信号调制到所述射频信号中返回给匹配网络电路模块。

2.按照权利要求1所述的测试系统，其特征在于，还包括通过通信接口连接所述主控单元的测试终端，其中：

所述主控单元通过该通信接口接收测试终端的命令信息，并将该命令信息编码成数字信号输出给所述射频模拟前端模块；将从所述射频模拟前端模块接收的所述应答信息的数字信号解码成应答信息后，通过该通信接口返回给测试终端；

测试终端，用于向所述主控单元传输命令信息，并接收所述主控单元返回的应答信息。

3.按照权利要求1或2所述的测试系统，其特征在于，所述匹配网络电路模块包括相互连接的前端输出阻抗匹配单元和待测模块阻抗匹配单元，其中：

前端输出阻抗匹配单元，用于根据不同的射频模拟前端及其射频源的天线驱动将所述射频模拟前端模块的输出阻抗匹配为标准阻抗值；

待测模块阻抗匹配单元，用于根据所述待测模块的参数将所述待测模块等效为负载，确定该负载合适的参数将该负载的输入阻抗匹配为标准阻抗值。

4.按照权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述待测模块阻抗匹配单元将所述待测模块等效为负载，所述合适的参数包括反射损耗、电压驻波比以及品质因数Q值；其所述反射损耗-∞~5.0，所述电压驻波比为1:1~4.0:1，所述品质因数Q为10~30。

5.一种实现非接触式智能卡芯片的测试方法，涉及主控单元、射频模拟前端模块、匹配网络电路模块，该方法包括：

主控单元向射频模拟前端模块输出命令信息的数字信号；

射频模拟前端模块将输入的所述命令信息的数字信号调制到射频信号中，并传输给匹配网络电路模块；

匹配网络电路模块根据所述射频信号对射频模拟前端模块和待测模块进行阻抗匹配后，将所述射频信号发送给待测模块；

待测模块从接收到的所述射频信号中还原出所述命令信息的数字信号。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

所述待测模块根据所述命令信息的数字信号编码应答信息的数字信号，并将该应答信息的数字信号调制到所述射频信号中返回给所述匹配网络电路模块；

所述匹配网络电路模块将所述射频信号传输给所述射频模拟前端模块；

所述射频模拟前端模块从接收到的所述射频信号中解调出所述应答信息的数字信号输出给所述主控单元；

所述主控单元对接收的所述应答信息的数字信号进行处理。

7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，还涉及测试终端，所述主控单元向射频模拟前端模块输出命令信息的数字信号，具体包括：

测试终端向所述主控单元传输命令信息；

所述主控单元通过通信接口接收测试终端的所述命令信息，并将该命令信息编码成数字信号输出给所述射频模拟前端模块；

所述主控单元对接收的所述应答信息的数字信号进行处理，具体包括：

主控单元将从射频模拟前端模块接收的含应答信息的数字信号解码出应答信息后，通过该通信接口返回给测试终端。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述匹配网络电路模块根据该射频信号对射频模拟前端模块和待测模块进行阻抗匹配，具体包括：

所述匹配网络电路模块将所述待测模块等效为负载，调整该负载合适的参数包括反射损耗、电压驻波比以及品质因数Q值；其中所述反射损耗-∞~5.00，所述电压驻波比为1:1~4.0:1，所述品质因数Q为10~30。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，所述匹配网络电路模块将所述待测模块等效为负载，调整该负载合适的参数包括反射损耗、电压驻波比以及品质因数Q值，具体包括：

使用Smith-Chart作为实现匹配的工具，将所述待测模块具有的特定参数作为匹配电路的一部分，先选用一个电阻和一个电感作为初始值，其中调节电阻匹配电路品质因数Q值，将电感为谐振电路的一部分；再根据此时在Smith-Chart上的位置和实际参数确认是串联还是并联电容，使得复数阻抗的虚部为零，实部接近50欧，同时兼顾电压驻波比。

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