無源RFID標簽芯片靈敏度測試方法研究

摘要：提出一種測試UHF頻段無源RFID標簽芯片靈敏度的方法。該方法依據矢量網絡分析儀和標簽測試儀接口特性阻抗相同的特性，利用矢量網絡分析儀測試標簽芯片的反射系數，然后通過標簽測試儀測試芯片和儀器接口的匹配損耗，進而計算標簽芯片的靈敏度。利用該方法對NXP_G2XM芯片和Impinj_Monza3芯片在800～1 000 MHz頻段內靈敏度進行測試，并將測試結果與datasheet進行對照，分析誤差產生的原因，最終證明此方法的準確性。該測試方法采用常規儀器對800～1 000 MHz頻段內靈敏度進行測試，有重要實際意義。
關鍵詞：靈敏度；RFID；UHF；標簽芯片；IC

0 引言
RFID標簽芯片的靈敏度是芯片剛剛被激活所需的最小能量。靈敏度是標簽芯片最重要的性能指標，它的大小直接影響RFID標簽的性能，例如標簽讀／寫距離等。因此標簽芯片靈敏度準確測試是芯片測試的重要內容之一。在某一頻段內，絕大多數芯片廠商僅僅給出芯片一個靈敏度值，而沒有標識出芯片靈敏度隨頻率的變化情況。利用本文所描述的靈敏度測試方法測試芯片的靈敏度，可以獲得芯片在800～1000MHz頻段內的靈敏度變化曲線，對于實際應用更有參考價值。準確測試芯片靈敏度隨著頻率的變化情況對于芯片開發人員和芯片的實際應用都具有重要的意義。

1 芯片靈敏度測試原理
將經過封裝的芯片引腳焊接到阻抗為50 Ω的SMA連接器，將SMA頭通過特征阻抗為50 Ω的同軸線連接到矢量網絡分析儀或者RFID標簽測試儀的輸出口，不需要進行特殊的匹配電路。測試設備需要標簽測試儀和矢量網絡分析儀。
標簽測試儀可采用Voyantic公司研發的Tagformance標簽測試儀，該測試儀是帶有一個輸入天線和輸出天線接口的專用RFID讀寫器。天線接口中一個用來向標簽傳輸信號，另一個接收標簽的反向散射信號，軟件會對該信號進行分析，其內部結構如圖1所示。從圖1可以看出，標簽測試儀的內部結構相當于一個輸出頻率、功率可調可標定，接收信號可解調可解碼的寬頻帶RFID讀寫器。實際測試時，為了使得讀數方便，在RFID標簽測試儀的衰減器輸出端口再串接一個20 dB衰減器，然后用同軸線將衰減器和裝有芯片的SMA頭相連。利用標簽測試儀可以掃描出芯片在不匹配的情況下，芯片正常工作所需要的最小工作能量Pmin隨頻率的變化情況。

測試所用的矢量網絡分析儀為E5071型，使用之前采用85033E校準頭進行校準。實際測試時，將矢量網絡分析儀的輸出口和安裝有芯片的SMA頭用特征阻抗為50 Ω的同軸線相連。在測試頻點上，將矢量網絡分析儀的輸出能量設置為由標簽測試儀(在不匹配狀態下)測得的芯片的最低功耗Pmin，從網絡分析儀上讀取反射系數，依此類推，可以得到芯片在不同頻率下的反射系數Γ。