通向快速数字化测试的解决方案——泰克实时频谱分析仪及其在RFID测试中的应用

　　泰克公司是一家为通讯、计算机、半导体行业以及军队/航空、消费电子、教育等全球各行业提供测试、测量和监视产品、解决方案及服务的领先供应商之一。它具有60年经验，可为其用户设计、构建、配置和管理下一代全球通讯网络和高级技术设备，总部设在俄勒冈州比佛顿，在全球19个国家和地区设有运营机构。泰克在确保信号完整性方面是公认的专家，对于复杂的高速测量和分析拥有丰富的知识和经验。2007年2月1日，其产品RSA6100A系列实时频谱分析仪获得两项殊荣：被EDN评选为“2006年100项热门产品”之一；由国际工程协会(IEC)颁发了测试测量设备 DesignVision 2007奖。前一荣誉旨在嘉奖本年度由工程师所设计、对推进电子行业发展做出贡献的优秀尖端产品。值得一提的是，泰克实时频谱分析仪(RTSA)是世界上唯一种专门为解决数字RF问题而设计的分析仪。 

　　我们为了能够了解业内的最新动态，紧随泰克的步伐，多次参加了泰克的新产品发布会，关注了包括射频识别（RFID）应用在内的该公司的通向快速数字化测试的解决方案。 

　　1 任意波形发生器AWG5000 
 
　　泰克公司于2007年2月7日在北京举行新闻发布会，全面介绍了新款高分辨率任意波形发生器AWG5000。泰克信号源产品全球实地营销经理Faride Akretch先生出席了此次发布会并详细介绍了AWG5000的技术特点及巨大的市场价值。 

　　这一款全新推出的信号源产品提供了高达14比特的垂直分辨率,令用户可在高达600MHz带宽动态区间内生成各类信号。由于结合了出色的模拟性能以及大量数字信号输出，这一产品专门为数字RF测试所开发的产品，同时也将是市场上唯一能够为基带和RF之间的界面测试提供全部信号输出的产品。图1 Faride Akretch先生在作技术讲解 

　　“数字RF”作为一项将数字计算技术与传统模拟射频技术整合到一起的技术，是推动新型无线技术发展的强大动力。数字RF的应用带来了特殊的测试要求，泰克在一台设备中融合了数字和模拟信号的处理技术，强化了模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)和RF等功能。AWG5000系列提供了高达1.2GS/s的可变采样速率和14位分辨率，同时配备了两路或四路模拟通道以及多达28路的数字输出，这可以让使用者能够模拟“实际环境”中的信号，既经济又高效地完成对各类数字RF应用中的测试工作。 

　　AWG5000具有完整的数字和模拟信号发生功能。根据基带和RF之间的种类（模拟/数字），使用者仅需要一台信号源设备就能够同时实现高垂直分辨率和无杂散动态范围(SFDR)的模拟I/Q(同相载波幅度/正交相位载波幅度)和IF输出，或对数字I/Q提供多个并行数字输出。因此，在使用者调试原型或验证基带/RF时，一台同时拥有模拟输出和并行数字输出功能的信号发生器将是非常理想的工具，借助这一工具，用户能够有效复现和生成理想信号、失真信号或者噪声、抖动、毛刺和其他系统缺陷等“真实情况”下的信号。 

　　AWG5000系列由四个型号的产品组成，这些产品分为配备两条模拟通道或四条模拟通道两种类型，每个类型又分成两个版本，其最高可变采样速率分别为600MS/s和1.2GS/s。所有这四种型号都拥有14bit垂直分辨率，可以以高达80dB的SFDR、每条模拟通道两个数字的速度标记信号通道。两通道版本的AWG5000还提供了一对14位并行数字输出功能选项，可以用于测试数字IF或数字I/Q系统。此外，四通道型号的AWG5000为4x4MIMO系统测试提供了理想的工具。作为完美融合了无可比拟的速度、分辨率和数字输出功能的信号发生器，AWG5000成为第一款能够满足大多数混合信号测试需求的信号发生器。 

　　泰克在AWG5000上还配备了10.4英寸的LCD触摸屏彩色显示器和 Windows XP的用户界面，以帮助使用者提高工作效率。集成式显示屏和用户界面减少了操作者在使用过程中对其他辅助设备例如计算机的需求。此外，由于采用了千兆位以太网LAN和GPIB接口，AWG5000也为制造领域的应用提供了必要的接口控制功能。 

　　AWG5000可以简便地与第三方软件交换数据，其中包括在创建波形、数据流以及混合信号作业中经常使用的MatLab、MathCad和Microsoft Excel等软件，有益于工程技术人员进行产品设计并对产品进行调试以及一致性测试。  

　　AWG5000采用了与泰克新近推出的AWG7000系列任意波形发生器相同的平台。现在，客户仅仅使用一台AWG5000便可为混合信号设备中的模拟电路、数字基带电路以及中频(IF)电路产生高分辨率信号，从而大大提高测试效率，降低测试成本。AWG5000为各类数字RF技术（包括了软件定义的无线电（SDR）、雷达、WiMAX、WiFi、MIMO和UWB）的验证提供了理想选择。  

　　2 DSA70000系列实时数字串行频谱分析仪和 P7500 探头 

　　几乎在发布任意波形发生器AWG5000的同时，泰克于2007年2月5日宣布该公司将于近期推出 DSA70000系列实时数字串行频谱分析仪（DSA）和 P7500探头，这两款新面世的产品以其世界领先的测试性能为新一代高速串行数据应用标准（如 PCI-Express 2.0、HDMI 1.3 和 SATA III）的开发提供了最有力的支持。这两款新产品与泰克公司最近推出的DSA8200采样示波器和AWG7000信号发生器一起组成了一套完整的测试产品组合，而这一处于业界领先地位的测试产品能够满足从事高速串行数据技术开发工作的设计师们的需求。所有这些仪器都是针对第2代和第3代串行 

　　数据的测试要求而设计出来的，可以为设计师提供全新的高速测试平台。 
带宽高达20GHz的全新DSA70000系列实时频谱分析仪是全世界最高速的4通道实时分析仪，而 P7500系列则是全世界速率最高的有源差分探头。这些设备不仅对泰克最近推出的DSA8200等效时间示波器（带宽为70 GHz）和AWG7000系列任意波形生成器（AWG）（取样速率高达 20 GS/s，带宽为5.8 GHz）的产品线做出了补充，而且提供了串行数据测试领域当中性能最为强劲的工作平台。  
                                                                                                                                                         
　　新一代泰克测量工具包括实时示波器、等效时间或采样示波器、差分探测、逻辑分析仪和信号源，可以协助工程师应对串行数据测量的挑战。这些下一代仪器和应用程序软件解决方案共同构成针对高速串行数据的一整套新测试平台。解决方案卓越的性能，确保可以捕捉、显示和分析最复杂和最富挑战性的串行数据信号。 

　　3 泰克频谱分析仪在RFID测试中的应用 

　　RFID技术早在二十多年前就已经投入商用，它可以溯源到20世纪40年代的敌我军事识别(IFF)系统。亚微型互补金属氧化物半导体(CMOS)中的最新发展从性能和成本两个方面大大支持了RFID技术，可望使RFID技术无所不在。随着设备价格的下降及全球市场的扩大，RFID的应用正迅速增长。此外，许多采用类似技术的短程近场通信(NFC)链路也进入迅速增长时期。 

　　RFID和NFC技术需要对电波发射（RF）做定时和调制测量，其中面临着各种非同寻常的工程测量工作。瞬变信号、带宽效率的调制、反向散射的数据和无源终端都要求增加传统测试仪器中没有提供的专用测量功能。这需要1）可以触发表示RFID活动的瞬时事件的工具；2）捕获和分析终端和查询器之间的对话工具；3）调制分析工具；4）一致性测试工具。泰克实时频谱分析仪(RTSA)只用一个工具就把上述4个工具都整合在一起。在一台实时频谱仪中，可以同时获得宽带矢量信号分析仪、频谱分析仪和实时频谱分析仪独有的触发-捕获-分析功能，可以轻松应对所有RFID应用中瞬变信号的捕获。 

　　针对RFID的特点，泰克公司在实时频谱仪的平台上开发了专门RFID测试软件，可以满足以上所有RFID测试需求，为测试人员提供非常方便的测试手段。无论是脉冲还是跳频信号，实时频谱仪的实时捕获能力可以百分之百地捕获RFID信号。同时，实时频谱仪具有频域、时域和数字调制域的多域测试功能，可以满足RFID的时间相关参数测试及数字解调测试。专门的RFID测试软件提供了目前所有的RFID解码功能，可以直接解出数据。同时，泰克公司专利的频域模板触发技术为测试跳频RFID信号提供了独一无二的解决方案。 

　　目前，泰克提供了七种型号，可以处理全系列RFID测量，包括：1）频率测量(载频、OBW、杂散、发射功率、ACLR等等)；2）定时测量(读写器与标签之间的周转时间、载波上升时间/下降时间、稳定时间等等)和调制测量(符号表、调制深度、眼图、星座图等等)；3）以及相应的一致性测试(ISO 18000-Part 6 Type A, B, C 等等)。 

　　目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和甚高频,而且不同频段的RFID产品会有不同的特性。 

　　（1）低频(工作频率为从125KHz到134KHz) 
　　（2）高频(工作频率为13.56MHz) 
　　（3）甚高频(工作频率为860MHz 到960MHz 之间) 
　　（4）其他频段：除以上三个主要频段，目前315MHz、433MHz、2GHz-2.5GHz、5.8GHz频段也被RFID系统采用。
 
　　RFID技术标准是RFID标准体系中最基本的组成部分，基中涉及到的主要问题包括： 

　　（1）合法使用的频段范围，包括读写器与电子标签通信的无线电频率使用规范；空中接口标准主要规定电子标签与读写器之间的空中信息交换所需的基本约定；其他标准，数据格式定义，接口与应用等。 

　　（2）无线电规则问题，是RFID技术与应用面临的最基本问题。虽然无线电频率资源是大自然对人类的一项恩赐，但如何使其为人类需要服务还需要人们制定一些规则，这一点与道路交通规则非常类似。所涉及到的问题主要有：RFID应用分配的频率范围；RFID设备发射的功率电平限制；RFID设备发射占用频带限制(主要有发射主瓣电平限制及带宽和发射旁瓣电平限制及带宽)；其他杂散发射限制。 

　　（3）产品的测试与认定，这是RFID产业链三方均需要的。通过测试认定可以建立起有关产品的规格与品质的基本规范，从而降低人们认识产品的复杂性，同时也建立起一种信誉体系。 

　　RFID行业涵盖了各种各样的技术和应用，其中许多技术和应用不同于典型的通信链路。最新国际RFID标准要求完善的FHSS信号、由ASK调制构成的瞬变半双工RF突发及不同寻常的编码和强健的反冲突协议。为减少对精细测量设置的需求，简化用户接口，简便获得诊断洞察力，泰克推出了配有RFID分析软件的RTSA系列实时频谱分析仪。通过第一个完善的RFID分析软件包，实时频谱分析仪支持各种流行的国际RFID标准。这一功能大大加快了开发诊断、预一致性测试和生产检查工作。此外，RFID分析软件包全面支持时间相关多域测量，改善了调试评估的可靠性。要求解调DSB-ASK, SSB-ASK 和PR-ASK及对每种支持的格式要求必要的符号解码的测量标准，现在只需在RTSA上按一个键就可以简便完成。这大大增强了工程设计效率，同时缩短了产品开发周期。RTSA还可以帮助工程师进行传统扫频分析仪或矢量信号分析仪不能完成的或要求精细耗时的测试调谐的RFID测量。不管是调试在开发阶段面临的问题、满足政府频谱法规还是通过一系列预一致性测试、准备进行产品认证，RTSA都为分析询问器和终端生成的RFID信号提供了理想的解决方案。 

　　经过一系列的采访，资料收集和整理，我们了解到泰克的卓越，更为泰克有如此优良的产品而折服。我们认为泰克的测试仪器不仅可以用在芯片生产和测评，为设计师们提供依据，而且也可以用在现场。例如电子标签的性能与使用环境有很大的关系，当我们不注意材质，将标签贴在容易产生电涡流的材质表面会大大缩小标签与读写器之间的距离，甚至使标签频率发生偏转，从而使天线的传输能力大打折扣。我们把泰克的技术资源与读者、RFID专业人士以及其他IT业的专家们共享，希望能够帮助大家解决研究开发、系统集成、应用现场中的某些问题，以便更快、更好地发展RFID产业。技术的发展没有止境，随着RFID技术的发展，我们同时预祝泰克能够在各项RF和RFID产品的研发中创造出更新更廉的实用型产品。