RFID挑戰有增無減　量測儀器突破技術瓶頸

無線射頻辨識系統(RFID)問世多年，並且在零售業龍頭帶動下，刺激一波物流應用之龐大商機。然而，RFID面臨的挑戰仍多，本文針對目前業界常面臨之挑戰進行討論，盼能對讀者有所裨益。  

法規因時制宜　最佳化效能難度升高  

對RFID有志的業者，面臨的第一項挑戰，就是許多RFID讀取器是因應不同國家的運作而設計，因此在效能上有著重大歧異。RFID目前運行之相關標準如表1，表2則顯示各國所分配的頻率頻譜，由表2中可看出分配的頻譜如新加坡和歐洲窄到2MHz、北美卻又寬到26MHz。此外，除了日本，所有已開發國家都核准系統可於433.5M～434.5MHz頻帶間運作，例如ISO 18000-7系統，並運用頻率調變(FSK)，將所占據的頻譜量減到最少。

表1　RFID標準
應用	標準號碼	名稱
適用於動物	ISO 11784 ISO 11785 ISO 14223	代碼架構 技術概念 擴充代碼架構與編碼
貨櫃	ISO 10374 ISO 18185	自動辨識 安全用電子封條
品項管理	ISO/IEC 18000-1 ISO/IEC 18000-2 ISO/IEC 18000-3 ISO/IEC 18000-4 ISO/IEC 18000-6 ISO/IEC 18000-7 ISO/IEC 15961 ISO/IEC 15962 ISO/IEC 15963 TR 18001 TR 18046 TR18047	參考架構 135 kHz 以下的無線介面 13.56 MHz 的無線介面 2.45 GHz 的無線介面 860 MHz 到960 MHz 的無線介面 433 MHz的無線介面 資料通訊協定：應用程式介面 資料通訊協定：資料編碼規則 獨特識別碼 應用需求 效能測試方法 相容性測試方法
辨識「感應式」(Proximity)卡	ISO/IEC 14443-1 ISO/IEC 14443-2 ISO/IEC 14443-3	實體特性 射頻與功率 初始化與防撞
辨識「近距離」(Vicinity)卡	ISO/IEC 14443-4 ISO/IEC 15693-1 ISO/IEC 15693-2 ISO/IEC 15693-3	傳輸通訊協定 實體特性 無線介面與初始化 防撞與通訊協定
近距離通訊	ISO/IEC 18092	近距離通訊介面與通訊協定

ISO：國際標準組織　IEC：國際電子技術委員會
TC：技術委員會　SC：次委員會　WG：工作小組　JTC：聯合技術委員會
TR：技術報告　Proximity：數毫米至數10毫米　Vicinity：數10毫米至0.7公尺  

表2　各國於800/900MHz UHF ISM頻帶中的RFID頻率頻譜
	北美	歐洲 (302 208)	新加坡	日本 (審查中)	韓國 (新增)	澳洲	阿根廷 巴西 秘魯	紐西蘭	中國
頻帶範圍(MHz)	902～928	866～868	866～869 923～925	950～956	908.5～914	918～926	902～928 點狀	864～929	840～845 920～925
功率	4W EIRP	2W ERP	0.5W ERP	4W ERP	2W EIRP	4W EIRP	4W EIRP	0.5 - 4W EIRP	2W ERP 頻帶邊緣
通道數目	50	10	10	12	20	16	50	不固定	20

在僅允許2MHz頻譜的地區，其讀取器和標籤間的資料傳送率將會低得多。此外，歐盟和部分亞洲地區所加諸的頻譜遮罩，也將資料傳送率限制為北美洲的30%，即500：1500讀取數/秒。這樣一來，就直接影響校能表現。例如，這可能會限制堆高機上棧板貨物通過閘門的速度。尤其在資產追蹤系統流程中，系統通過速率是重要的考量因素，特別會考量輸送帶產品間距、速度，或是通過讀取器的速度，也可能影響作業流程與成本。  

如同任何輻射器(Intentional Radiator)，RFID收發器必須符合與產生干擾有關的當地法規，也必須達到最理想的抗雜訊能力，才稱得上是成功的設計。而一般可採取三種方法來達成前述目標，分別是跳頻(FH)、載波偵聽(Listen Before Talk, LBT)與同步化。跳頻在美國是根據聯邦通訊委員會(FCC)法規FCC 47 CFG第一篇第十五條LBT制定，而在大部分歐洲國家，則是根據歐洲電信標準協會(ETSI)標準ETSI EN 302 208-1同步實行。同步化則指藉由使用頻率規化，將讀取器限制在某些通道，使其不會互相干擾。  

而要解決上述問題，則必須透過即時射頻(Live RF)或數位螢光示波器(DPO)，以評估真正的RF環境，並確認其狀態。  

DPX有助發現真正RF環境  

利用數位螢光技術(DPX)，開發人員就能看見相同頻帶內其他正在使用的RFID通道和系統，也可以發現其他可能出現的工業、科學和醫療(ISM)頻帶裝置，諸如無線電對講機、無線電話、ZigBee裝置等。DPX同樣可以檢測干擾和系統劣化的可能性，如圖1顯示的就是DPX上的跳頻訊號，設計人員可自其中研究26MHz，亦可監控902.75MHz通道一和902.25MHz通道二之調變旁帶波(SSB)行為。

圖1　DPX顯示讀取器的跳頻訊號

一般來說，DPX顯示畫面皆有典型的X和Y軸，水平軸為頻率，而垂直軸為振幅。不同之處是更新率及新增的色彩編碼，以表示暫時性或以時間為基礎的資訊。色彩代表了訊號密度，或是在該特定頻率和振幅下，訊號所停駐的時間。與任何其他訊號分析儀相較，顯示暫態或快速變化訊號的能力也大幅地提升。  

一般來說，為方便測試，測試人員會將標籤置入詢問器的讀取範圍內，同時並使用DPX和可顯示成功讀取的個人電腦(PC)加以監控。在PC上顯示的標籤響應，與DPX顯示畫面上看到的頻譜形狀和頻率位置關聯性如圖2。從訊號密度隨讀取器停駐時間延長而增加以完成標籤的互動，即可看出此點。

圖2　RFID讀取器的DPX顯示畫面

來自讀取器的ASK低位準訊號，也可以在更高振幅的讀取器正轉脈波(CW)和振幅的ASK狀態訊號內，顯示為更窄的較低振幅形狀。所有成功的輪詢(Polling)都是在無干擾訊號、訊號對雜訊比更高的頻率完成。這也顯示，為何在干擾最少的環境中，成功讀取標籤的機率也隨之提高。  

將各讀取器限制在某些通道時，可使用DPX確保調變旁波帶的位準以進行頻率規畫，避免對共置讀取器所使用的通道造成干擾。圖2中的讀取器和標籤訊號涵蓋了寬頻譜範圍，而且比其他通道停駐更長的時間；這可從軌跡因為更高的訊號密度而使顏色變深看出。這可能是鄰近通道讀取失敗的導因，應採取措施，確保讀取器中的濾波功能足以免除此項干擾。  

跳頻頻率檢視不可忽視  

下一項要檢視的是跳頻訊號的頻率和振幅分布。理想上，讀取器訊號將以隨機樣式跳頻，此樣式會將訊號密度平均分散於所有五十個通道。在分配到的26 MHz頻帶間跳頻時，讀取器訊號的振幅也應相同。  

首先利用調整軌跡/平均值(Trace/Avg)設定值來檢視平均頻率分布，如此可降低密度並將點持續累積(Dot Persistence)設定為無限。這將會留住顯示畫面上的訊號，讓訊號隨著密度的增加，並從藍色移到紅色頻譜。下一步是監控顯示並確認通道的訊號密度以一致的方式變化，這表示此跳頻演算法適合分配跳頻訊號。若任何一個通道或個別通道用比其他通道更快的速率顯示更高的訊號密度，則跳頻演算法須要更精確。  

在指定的頻帶內，進行效能最佳化的挑戰，對使用主動式標籤RFID系統來說更加嚴苛，因為這代表此種系統具有電路板上的電源，不像被動/主動式標籤是依賴讀取器的訊號為其電容電路充電。  

由於ISO18000-7標籤永遠是主動，而ISO18000-6C則使用主動式標籤(Class 3和4)，所以高功率的主動式標籤雖然對出現干擾時的運作極有幫助，但由於標籤本身就是輻射器，也因此成為干擾源。對於在此頻帶內運作，或是在非常接近此頻帶之鄰近頻帶中運作的雷達、車庫/大門遙控器、業餘無線電和遠端智慧型啟閉裝置，減少干擾的產生和易受干擾性，也同樣都是須要考量之處。  

對於這些同樣的DPX顯示設定，下一個要檢視的領域就是在使用跳頻演算法時，讀取器收發器的振幅平坦度或頻率響應。  

圖3是在922MHz的範圍內，約10dB振幅中斷的範例。利用DPX顯示可以看出，因為還有一些成為干擾的較低位準ISM訊號，因此這項問題甚至更加嚴重。因此，在這個頻率範圍內，頻譜其他部分中的訊號對雜訊比，從55dB減少到25dB以下，應採取措施來減緩很可能是輸出放大器的讀取器發送器，或是天線的頻率響應，以減少或消除干擾源。

圖3　和掃頻法相較，DPX顯示中的MaxHold功能，可以更快顯示特定頻帶中通道運作的頻率響應。

雖然上述範例全都採用跳頻的方法，在執行LBT分析時，DPX也可提供直覺式的訊號互動Live RF顯示。在LBT模式中，當訊號出現在該通道頻率中，且在特定振幅之上時，讀取器無法開始廣播。若讀取器確實跳頻到該頻率，而且接著退出或停駐於該處，DPX也會顯示。這全都會被視為即時更新，毋須觸發擷取然後進行擷取後分析，為開發人員省去不少功夫。  

密集讀取環境考驗嚴苛　傳輸效率門檻高  

上述討論的是運作於單一讀取器環境中的讀取器，不過實際上，有許多RFID系統會在多個讀取器或密集模式環境中執行，因此，面臨的挑戰也更大。  

簡單可將讀取環境分為幾種，分別是單一讀取器環境--即單一讀取器在單一環境下運作，多讀取器環境--即同步運作的讀取器數目，少於可用的通道數目，還有密集讀取器模式，也是最具挑戰性的環境，其讀取器的數目多於通道數目。  

由於一般的運作環境定義為，讀取器的RF訊號衰減到低於90dB，也就是約1.5公里的半徑範圍。因此，無論是基於設計或鄰近的RFID讀取器，許多讀取器最後會變成在密集讀取器模式的環境中運作，也就面臨極大考驗。  

舉例來說，在貨運通道或倉庫應用中，使用固定的讀取器和精確的頻譜規畫，來自鄰近1公里範圍內的干擾可減到最小；但使用嵌入式RFID或近距離通訊(NFC)的行動裝置，由於無法保持安全距離，因此就會出現密集讀取器模式的環境。此時，偵測部署RFID系統的環境中，特別是在嵌入式/行動RFID的情況中，出現了何種訊號，並了解出現干擾時的讀取器和標籤行為，也變得更加重要。  

為了因應這種環境，經過認證適用密集環境的ISO18000-6C讀取器，將切換為米勒調變副載波(MMS)編碼。這種複雜的編碼可提供更多的每位元轉態，在出現雜訊時可更容易解碼，但若為相同的標籤反散射鏈結頻率(BLF)，則速度會變慢。  

目前有三種不同的MMS設計可使用，分別是Miller-2、Miller-4和Miller-8，其中的數字代表定義資料符號的BLF期間數目。例如，若使用最慢的40 kHz BLF，Miller-8的資料速率為BLF/8=5kbit/s。在如此慢的速率下，若傳輸96位元EPC，則16位元的錯誤檢查將花上22.4毫秒，等同於每秒不到45次標籤讀取，若再包含前向鏈結命令等所有資源耗用，甚至會更少。Part 15只允許以最高到400毫秒的單一頻率運作，因此，無論讀取狀態為何，詢問器都必須在當次讀取後退出通道，並跳到不同的頻率。  

符合ISO18000-7的讀取器和標籤運作，則採取了不同的方式，其運用傳輸速率較慢的長時間RF傳輸，讓訊號免於干擾。這須要將最長傳輸持續時間增加為60秒，同時在傳輸間保持最少10秒的靜止期。缺點是，在如此慢的傳輸速率下，完整傳輸128KB的必要資料，可能要花上2分鐘。  

任意波形產生器/深度記憶體/連續觸發　有效解決密集讀取難題  

若使用任意波形產生器，就能模擬密集模式環境，以進行密集讀取器模式認證的預相容性作業，並直接在整個高頻(HF)和超高頻(UHF)頻帶產生RFID訊號，因此可用來在單一環境中，模擬多個讀取器或多個標籤的多種訊號。  

在驗證433MHz頻帶時，即時頻譜分析儀(RTSA)上的500kHz涵蓋範圍將提供高達102.4秒的記憶體，足以同時驗證60秒傳輸和10秒鐘的靜止期。在發生資料傳輸錯誤時，對於允許排除10秒鐘靜止期的例外，額外的記憶體會很有幫助。因此，可進行長時間記憶體擷取，且如果看到超過60秒的資料組，可進行分析來判斷是否已發生傳輸錯誤或中斷。  

另一種檢視和分析跳頻與資料組訊號的方法，是善用RTSA不只是單擊擷取引擎的事實。若要進行檢視和分析，可使用頻譜圖顯示畫面(圖4)，將觸發功能表中的「重複」設定改成「連續」。連續觸發不僅可隨時在觸發事件發生時，無縫地擷取到記憶體中，也能觸發至重新設定時間，等待未來的觸發事件再次無縫地儲存到記憶體中。利用這種運作模式，使用者可設定RTSA進行短時間擷取，然後讓儀器在每次出現跳頻或訊號開/關時進行觸發。不僅可進行多重擷取，也能直接量測這些擷取間的時序。

圖4　連續模式觸發的設定，以及每次發生觸發事件時，所產生多重無縫擷取的擷取頻譜檢視。

特定頻率/時間訊號難觸發　深度分析不易  

如同前文所述，RFID訊號常在其他訊號出現時運作，因此特別是如果想要的訊號在所監控的頻率範圍內並非最高振幅的訊號時，只觸發想要的訊號就是一大挑戰。在許多情況下，真正想擷取和分析的只有讀取器訊號的調變部分或是標籤本身，此時，設計人員對毫秒並無興趣，也不想在標籤回應前取得更多CW訊號或輪詢。  

面對這項問題，其中一項解決方案就是頻率遮罩觸發(FMT)。由於FMT在觸發頻域訊號時，可選擇頻率，因此只要簡單定義FMT，即使這些訊號的振幅較高，使用者仍可忽略選定頻率範圍內的其他訊號。對於RFID應用而言，若只須在某些調變側帶出現時觸發，也就是讀取器經過調變，或只在標籤回應時，這項功能就非常方便。  

FMT的另一個用途，是採用同步化和頻譜規畫途徑，藉以將讀取器指定到某些通道進行通訊，並在不互相干擾的情況下使用濾波。在這些情況中，最好只觸發運作與某些通道/頻率的讀取器。  

在某些RFID運作模式中，擷取頻域事件可能是項挑戰。例如，當ISO18000-6C標籤以最快速模式，即可變區塊序列編碼(FMO)編碼搭配最快速的640kbit/s鏈結頻率時，讀取時間約為175微秒。所幸，在RTSA上，指定了FMT在36MHz頻寬中，以最快20微秒的速度觸發訊號。  

圖5顯示觸發點之前的頻譜，而圖6為觸發點時域資料的快速傅立葉轉換(FFT)，此兩圖顯示在該時間點由於調變側帶違反波罩而觸發儀器。在本範例使用的5MHz頻率範圍中，RTSA FMT可100%觸發所有持續超過160微秒的訊號，並提供達10.24秒的記錄長度。

圖5　顯示觸發點之前的頻譜

圖6　觸發點時域資料的FFT，顯示在該時間點由於調變側帶違反波罩而觸發儀器。

追求深入分析　儲存資料勢在必行  

還有一個挑戰，是關於儲存資料以進行深入分析。此處的挑戰是，擷取訊號的檔案可能很大、訊號持續時間可能很長，但設計人員可能只對整個擷取中的一小部分感興趣。這項挑戰同時包括如何選擇儲存檔案的格式，以便能夠輕鬆地將檔案匯入其他分析工具或資料庫軟體。  

而這個問題的解決要點在於，如何針對儲存檔案格式並進行分段儲存。如圖7所示，使用者可用.MAT格式儲存，以便於匯入MATLAB；IQ對時間可儲存為.CSV；實際顯示的表格可儲存為CSV格式等。另外，螢幕擷取畫面也可儲存為.bmp，以供記錄之用。

圖7　在即時頻譜分析儀上，儲存儀器狀態、儲存資料格式和儲存表格等功能一應俱全。

如果進行了多重擷取，則所有擷取都可使用「儲存所有區塊」選項來儲存；如果只對目前顯示的擷取感興趣，則使用者可選擇「儲存現有區塊」；也另有選項是只儲存要分析的部分。如此一來，就不須要只為了找到幾毫秒的所要訊號，而捲動瀏覽整個長擷取。

時域/頻域/調變域中資料關聯待建立  

一旦成功解調變，設計人員就可開始以有助於了解的方式建立分析間的關聯，了解讀取器和標籤是否如預期表現以及未如預期的原因。包括振幅突波是否造成頻率錯誤？若特定位元未正確解碼，是不是因為FSK或ASK調變中出現了錯誤？能否建立各域資料間的關聯性，將有助於回答這些問題。  

相關的解決方案，即時間關聯的多域分析。舉例來說，一旦使用者選擇了解調變(DEMOD)的運作模式，並載入了分析用的擷取資料，下一步就是建立訊號參數。表3顯示經過預設定的目前可用標準，以及選擇手動模式時的調變和解碼選項。

表3　手動模式下可用調變類型和解碼格式
調變類型	解碼格式
ASK、SSB-ASK、DSB-ASK、PR-ASK、OOK、FSK	Manchester、Miller(M_2)、Miller(M_4)、Miller(M_8)、Modified Miller、FM0、PIE (A型)、PIE (C型)、NRZ

在設定調變和資料標碼參數後，最後要輸入的參數是位元速率，或是ISO18000-6C時的Tari值。不過，因為來自標籤的位元速率可能非常不同(表4)，在某些情況下的位元速率或Tari未知，這在ISO18000-6C的情況中特別是個難題。但市面上已有量測儀器可提供相關數據(表5)。

表4　根據選定反散射鏈結頻率和編碼類型反向鏈結的資料率
BLF(kHz)	編碼	資料率(kbit/s)
40	FMO MMS-2 MMS-4 MMS-8 FMO	40 20 10 5 256
256	MMS-2 MMS-4 MMS-8	128 64 32
640	FMO MMS-2	640 320

表5　即時頻譜分析儀提供各種RFID標準的自動設定和量測
RFID標準量測
功能表	量測	標準
		ISO 18000-4 模式1	ISO 18000-6 A、B和C型	ISO 14443-2 A和B型	ISO 18092 (424k)	ISO 15693-2	ISO 18000-7
載波	載波頻率 OBW/EBW 啟動電源的平均功率	○ ○ ○	○ ○ ○	○ ○ ○	○ ○ ○	○ ○ ○	○ ○ ○
寄生訊號	寄生訊號	○	○	○	○	○	○
ACPR	ACPR	○	○	○	○	○	○
開啟/關閉電源	傳輸功率 上升/下降時間 平復時間 過衝/低衝 關閉位準	○ ○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○ ○
RF 包絡	開啟/關閉寬度 工作週期(%) 開啟/關閉漣波 上升時間 下降時間	○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○ ○
FSK 脈衝	開啟/關閉寬度 週期/工作週期 開啟/關閉漣波 斜率1、2、3						○ ○ ○ ○
星狀圖	調變深度	○	○	○	○	○	○
眼狀圖	調變係數	○	○	○	○	○	○
符號表	頻率錯誤 位元率(已量測) Tari長度(0 & 1) 指示的標題	○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○	○ ○ ○ ○
標記	往返時間	○	○	○	○	○	○

在載入分析用的擷取資料、建立訊號參數後的下一步，就是選擇擷取資料要進行分析的部分。開發人員可從符號表量測開始，迅速查看位元是否如預期解碼。特別是在測試ISO標準的情況下也是如此，其中標頭資料會以黃色標示，表示這是一個成功分析的案例。  

此時將出現如圖8所示的顯示畫面，將會有綜覽視窗(左上方)、頻譜檢視(右上方)、符號表(右下方)和調變資料(左下方)。

圖8　測試ISO18000-6C EPC GEN2時的自動Tari

時序量測挑戰升溫  

RFID中傳輸的所有資料，不管是一個位元的資料、提供標籤電力的CW訊號，或是讀取器和標籤間的回應時間(也稱為往返時間)，都對訊號的持續時間有一定的容忍範圍。往返時間是從詢問器發出最後一個轉態位元，到標籤響應的第一個轉態位元期間的間隔，過長的往返時間會對RFID系統的容量和傳輸量有不良影響。  

面對這樣的難題，就需要時間關聯標記、自動化時序量測和適用ISO 18000-6C Gen2的巨集來解決。  

ISO 18000-7文件上載明，標頭應由二十個60微秒週期脈衝組成，30微秒高、30微秒低，後接辨識通訊方向的最終同步脈衝：標籤到詢問器42微秒高、54微秒低；或詢問器到標籤54微秒高、54微秒低(圖9)。為了驗證這些參數，以下隔離了來自詢問器的一個脈衝，並將其資料解調變。

圖9　ISO18000-7標頭

一旦進行解調變，可看到標頭顯示為黃色I，而左下方的顯示讀數，則辨識出此訊號為詢問器(圖10)。這很有幫助，是因為在這個使用頻率調變的標準中，訊號不像其他許多RFID標準中使用的ASK一樣容易辨識。

圖10　使用時間關聯標記來驗證ISO18000-7詢問器I訊號的標頭

為了驗證標頭長度，可在綜覽視窗中設定參考標記，並在符號表中移動標記。這麼做的同時，標記也會在左上方的綜覽視窗中移動，此視窗正顯示振幅對時間；而在右上方子檢視視窗中，則顯示頻率對時間。因此，在所指出標頭部分的末端，可以直接從具相同水平軸之所有視窗中的標記讀出數值，這些視窗全都顯示完全相同的時刻。讀取綜覽(△1-R)中的Delta時間可以看到標頭如標準所規定的持續了1,308微秒。當然也可在各視窗中個別設定標記，所以在子檢視視窗中，Delta標記(△1-2)也讀出最後兩個同步脈衝的持續時間總計為108微秒，這也如同標準的規定。  

在顯示分析期間的所有時序時，FSK脈衝量測模式也能有所幫助。如圖11所示，「開」和「關」的持續時間為30微秒，接著是最後的兩個54微秒轉態(索引19關，索引20開)。也可分析頻率上升時間，亦即待測裝置在頻率狀態間轉態所需的時間長短。

圖11　FSK脈衝參數量測畫面

另一個要素是針對標頭時序以及ISO18000-6C EPC Gen2訊號進行RF包絡量測。標頭時序至關重要，因為它設定了所有未來通訊的決斷點，如果這個時序超過可接受的限制，則讀取器將無法為所有後續的訊號正確解碼。  

ISO18000-6C訊號中特別重要的四個時序參數為分界符(圖12)、資料0(Tari)、RTcal和TRcal。這些參數可利用前面說明的標記法或RF包絡量測來讀取。不過，最簡單的方式是使用巨集，自動從RF包絡量測匯入結果，然後如圖13所示，計算和顯示這些參數。

圖12　讀取器訊號標頭中所包含的重要時序參數

除了標頭時序外，下列為各RF包絡參數都會有的標準規格：漣波啟動、漣波關閉、脈衝寬度啟動、脈衝寬度關閉和工作週期。漣波規格的設計，可將雜訊或來自標籤反散射調變法的振盪所造成的影響，減到最小。如果雜訊和振盪效果過度，詢問器偵測標籤響應內所含全部資訊的能力，也會受到影響。而脈衝寬度規格可讓詢問器有充分時間，偵測和解碼來自標籤的資料。工作週期定義了詢問器可發送功率的時間長度，圖13所示的RF包絡表中，進行並顯示了這些量測。

圖13　自動量測RF包絡和標頭時序參數：分界符、資料0、RTcal和TRcal。

中心頻率影響訊號解調變　擷取跳頻訊號有一套  

若使用模式頻譜分析儀和向量訊號分析儀軟體分析，當訊號位於偏移分析儀上所設定中心頻率的頻率中，分析儀將無法進行解調變。所以，如果設定5 MHz的頻率範圍和915MHz的中心頻率，而所擷取的訊號剛好落在908.75MHz，解調變訊號的正確性，也勢必大打折扣。  

因此，若能使用適當的量測儀器，將可在擷取頻寬中任意位置解調變(圖14)。RTSA可對擷取頻寬任意位置的訊號進行解調變，因此毋須擔心跳頻訊號的擷取，未對準在分析儀上設定的中心頻率。

圖14　在擷取跳頻訊號時解調變偏移中心的頻率，此處偏離中心頻率6.25MHz。

串列介面疑難雜症多　慎選示波器破迷霧  

從RF介面到周邊裝置，也就是PC或記錄器，須要使用相同的串列介面來取得資料，且通常是以RS-232/422/485、SPI或I2C來執行，不過，RS-232非同步接收器模組可能是問題所在。  

理論上，設計人員會想要檢視每個串列時脈週期的資料變動並保留一段時間，然後再檢視資料終端就緒(DTR)輸出，並確認資料正進行驗證。在正確時刻驗證DTR，是從讀取器到PC傳輸量的最首要課題。而要達到這項要求，就需要高效能示波器才能完成(圖15)。

圖15　示波器上的RS-232觸發與解碼。

舉例來說，混合訊號示波器(MSO)額外提供了十六條內建數位通道，以滿足嵌入式系統設計人員的需求。在前述的RS-232範例中，可將MSO上的邏輯探棒連到接收頻段(Rx)資料或訊號輸出(Signal Out, SOUT)，Rx資料可指出RFID晶片從卡片接收資料的時機。在確認緩衝區內的數值是否一如預期，或檢查計數器等中間訊號的數值時，使用數位分析也會很有幫助。  

設計嵌入式RFID困難重重　解決方案蓄勢待發  

在RFID收發器的每個階段，都有重要的數位和類比元件。例如在傳輸長串位元組時，鎖相迴路(PLL)可能會經歷大幅偏移。在PLL中，有時會運用取樣和保留技術來解決這個問題。另一個問題可能來自位元時脈與取樣時脈相位的一致性，這在實作反相ASK(PR-ASK)調變法時特別重要。確保一致性的方法之一，就是使用計時器/計數器0作為載波分流器，這可讓解調變資料的下降邊緣重設計數器，並讓取樣時脈與位元時脈同步。  

正如前文所討論的，使用RTSA可查知RFID讀取器是否違反聯邦通訊委員會或歐洲電信標準協會要求設定的頻譜發射遮罩。這項作業的解決方案，常實作於基頻濾波和脈衝形狀中。在一般的情況下，使用MSO和RTSA上的差動基頻輸入，可解決上述問題。  

嵌入式設計常見的挑戰包括PLL穩定性/偏移、位元時脈/取樣時脈相位一致性，以及基頻濾波/脈衝形狀，這是RFID嵌入式設計工程師每天都要面臨的挑戰。

對於PLL相關挑戰，可使用RTSA上的訊號分析模式，來進行相位雜訊與抖動分析，並進行自動平復時間量測。如利用RTSA差動基頻輸入I+、I-、Q+、Q-，在RF頻率或類比基頻中評估PLL行為(圖16)。

圖16　使用DPX、FMT和訊號源分析，評估PLL行為的程序。

在上列的取樣和保留解決方案中，可設定MSO觸發任何違反時間保持。來自MSO的觸發輸出訊號，可連接RTSA上的觸發輸入，並可建立任何數位訊號處理(DSP)中執行的設定/取樣/違反時間保持，和RF訊號中結果間的關聯。RTSA也提供觸發輸出，因此這可在RTSA上的任何跳頻違反觸發DSP訊號擷取時，以相反的設定進行。  

至於驗證位元時脈/取樣時脈相位一致性，也可進行相同的觸發安排，藉以使用MSO來監控計時器/計數器，而來自讀取器的各訊框也會觸發MSO和RTSA。在RTSA的符號表量測中，以「x」標示了所有違反，可建立其關聯，查看是否因位元/取樣時脈錯誤而產生。特別是當資料位元正確初始化，接著開始變得不穩定，在符號表中顯示未預期的「x」，或完全反轉為相反位元，如該「0」的地方為「1」，反之亦然。  

許多RFID IQ調變器在數位轉類比轉換器(DAC)和調變器輸入間，使用了低通濾波器，以衰減來自DAC的取樣影像。驗證基頻的第一步，就是驗證轉角頻率，此種頻率常隨DAC的取樣頻率而變化，這可利用示波器或使用RTSA上的基頻輸入來完成。這個步驟是要確保所有使用的脈衝形狀都符合嚴格的ETSI EN302208-1頻罩，此頻罩要求基頻脈衝頻譜如圖17所示衰減。

圖17　基頻PR-ASK脈衝頻譜

從前文可以得知，RFID儘管已逐漸步入日常生活之中，然而挑戰仍多，因此RFID訊號的設計人員，仍須專注於測試領域，才能設計出最精準的系統。  

(本文作者為太克科技產品經理)