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RFID產品認證與測試(上) 歐美台依特性與使用頻率制定法規
新通訊 200512 月號 58 期《 技術前瞻 》
文.許立穎
無線射頻辨識(Radio Frequency Identification, RFID)產品在目前台灣地區常用或熱門的頻率為小於135kHz、13.56MHz、922∼928MHz三種頻段,依通訊標準又可分為ISO/IEC系列、近場通訊(Near Field Communication, NFC)(13.56MHz),及目前相當熱門的EPCglobal(13.56MHz、860MHz∼960MHz)等三種常見的標準...
無線射頻辨識(Radio Frequency Identification, RFID)產品在目前台灣地區常用或熱門的頻率為小於135kHz、13.56MHz、922∼928MHz三種頻段,依通訊標準又可分為ISO/IEC系列、近場通訊(Near Field Communication, NFC)(13.56MHz),及目前相當熱門的EPCglobal(13.56MHz、860MHz∼960MHz)等三種常見的標準,依使用方式又有門禁安全、金融交易、辨識及物流等應用。本文僅就上述之RFID產品所須注意的規範簡單介紹,提供廠商在研發或者採購時之參考。  

 

台灣地區電信產品管制之主管機關為交通部電信總局,RFID相關產品須依從「低功率射頻電機技術規範」,該法規是參考美國FCC Part15之精神,依產品使用頻率訂定不同規定,例如發射功率,且部分頻率會限定於僅某類型通訊產品可使用。而歐洲ETSI技術委員會所公告之電信產品管制規定,往往會根據個別電信產品特性及使用頻率來制定不同法規,其餘才依產品選用的頻率來選擇適合的一般性法規進行測試,如何選用適當的法規必須參考「ERC Recommendation70-03」文件。  

RFID產品在台灣要符合低功率射頻電機技術規範(LP0002);在美國,則要符合FCC Part15的規定,按照所使用的頻率依從相關章節內容之規定;在歐洲依使用頻段分別符合ETSI EN 300 220(使用25∼1000MHz)、ETSI EN 300 330(使用9kHz∼30MHz)、ETSI EN 302 208(使用865∼868MHz)、ETSI EN 300 440(使用1∼40GHz)等法規,其中目前熱門的EPCglobal標準所使用的超高頻(UHF)頻段,可選用EN 302 208來進行認證測試。世界各國都看到RFID所帶來的商機,紛紛研擬開放專用頻段,與世界潮流接軌,美國早已開放902∼928MHz頻段,目前國內電信總局在2005年3月也已開放922∼928MHz頻段予超高頻RFID產品使用。  

另外,RFID產品也屬於電子產品,需通過一般電磁相容(EMC)或安規(SAFETY)之測試,EMC的測試主要是分為電磁干擾(EMI),即檢驗產品是否經由輻射方式或電源線發出干擾訊號,以及電磁耐受(EMS),即檢驗產品之抵禦干擾訊號的能力;而安規則是檢驗產品是否會造成燃燒或化學侵蝕等危險,目前大眾對於電子產品的安全性要求越來越高,雖然產品在一般動作時不致發生上述危害,但廠商在研發期間仍應注意自身產品可能潛在的安全性問題。且通訊產品在一般使用時,若須距離人體(不包括手部)20公分以內,且功率超過規定值時,還須量測人體電磁波能量之特定吸收比(Specific Absorption Rate, SAR),目的是為防止發射電波太強而傷害人體,減輕大眾對於電磁波安全之疑慮。還有目前很熱門的廢電子電機設備(WEEE)及電子電機設備中危害物質禁用(RoHS)兩項指令,雖然是歐盟發起的相關要求,但各國為維繫歐洲市場,也開始輔導廠商遵守這兩項指令,以免形成貿易障礙進而減弱電子業者競爭力。  

測試13.56MHz與135kHz以下RFID產品  

以下就已在使用的13.56MHz與小於135kHz之RFID產品國內測試法規與方法做介紹,而美國FCC之規定,包括13.56MHz與小於135kHz頻段,均與台灣大同小異。  

規定量測範圍輻射  

小於135kHz之RFID產品之輻射發射須符合低功率射頻電機技術規範2.7節與2.8節之規定,量測範圍至10倍之中心頻率;而使用13.56MHz之RFID產品,除2.7節與2.8節規定外,其主波發射於距30公尺處量測所得之電場強度不得超過10mV/m。此部分測試一般於開放測試場地(OATS)或電波暗室(Chamber)內進行量測。  

主波頻率維持±0.01%內  

採用13.56MHz的RFID產品,其頻率容許差值應維持在主波頻率之±0.01%以內,參考值為於20℃且正常供電的量測值,測試條件為:  

•在正常供應電壓下,溫度在-20∼50℃間變化。  

•在20℃下,供應電壓在額定值的±15%內變化,以電池供電之產品應以新電池測試。  

此項測試一般可以在可調整溫度的溫櫃裡進行,將待測物置於溫櫃內,以直接傳導或輻射方式觀察主波頻率於各種非常態工作環境下,都不可漂移超過0.01%。  

電信總局也在「低功率射頻電機技術規範」中研擬新章節,4.8節開放922∼928MHz供超高頻RFID產品使用,其內容定義RFID器材係指採用跳頻系統(Frequency Hopping System)或數位調變技術(Digital Modulation Techniques),提供射頻識別用途之器材,其操作頻率範圍為922∼928MHz,但被動式標籤(Passive Tag)則不適用本節規範。而美國FCC Part15.247早已開放902∼928MHz、2400∼2483.5MHz與5725∼5850MHz頻段,此章節在過去乃無線區域網路或藍芽等產品所適用之章節,亦是LP0002第4.8節所參考的對象。以下節錄LP0002較重要之規定,詳細條文請參考「低功率射頻電機技術規範」與FCC Part15.247之內容。  

依設置場所限制功率  

器材設置場所及其峰值輸出功率限制值如下:  

•設置於室內或特殊場所者:最大峰值輸出功率1瓦(含)以下。其中特殊場所係為某特定、封閉,且管制人員進出之專屬區域(不限室內或室外)場所。  

•設置於室外者:最大峰值輸出功率0.5瓦(含)以下。  

•若其發射天線之方向性增益超過6dBi,應依所超過之dB數降低峰值輸出功率;亦即假設天線之方向性增益若為8dBi,則最大可允許之峰值輸出功率便要降低2dB。  

發射功率衰減20dB  

使用頻帶範圍外之任意100kHz內,RFID產品所產生的射頻功率相較於使用頻帶範圍中包含最高所需功率之100kHz內的射頻功率,須衰減20dB,以射頻傳導或發射方式測量。此外,落於第2.7節禁用頻段之輻射發射,應符合第2.8節之規定;亦即使用922∼928MHz頻帶外之雜訊或諧波須符合第2.8節之規定,或較主波最大發射功率衰減20dB。  

依頻寬選擇跳頻頻道  

載波頻率之頻道間隔應至少25kHz,或跳頻頻道之20dB頻寬,兩者取較寬者,且系統之跳頻頻道應依虛擬亂數排列,在各頻率之跳頻頻道上跳躍,每一發射機必須均等使用每一頻率。當20dB頻寬小於或等於250kHz時,須使用至少12個(含)跳頻頻道,當20dB頻寬大於250kHz者,須使用至少6個(含)跳頻頻道,但20dB頻寬不得大於500kHz。另外,在使用跳頻系統方面,其每一載波頻率在週期(跳頻頻道數乘以0.4秒)內,任一頻率每次出現占用之平均時間不得超過0.4秒。  

規定數位調變技術使用頻帶範圍  

數位調變技術系統在6dB頻寬至少應有500kHz,在使用頻帶範圍之任意3kHz頻寬內,於天線端之峰值發射電功率密度,在任意期間內皆不得大於8dBm。  

操作複合系統跳頻功能  

複合系統之跳頻操作,當關閉直接序列或數位調變作業時,其每一載波頻率在週期(跳頻頻道數乘以0.4秒)內,所占用之平均時間不得超過0.4秒,反之關閉跳頻功能之複合系統且以數位調變技術作業時,應符合前述在使用頻帶範圍之任意3kHz頻寬內,於天線端所量測到之峰值發射電功率密度,在任意期間內皆不得大於8dBm之規定。  

測試條件分為溫度與電壓  

而有關ETSI EN 302 208(使用865∼868MHz)之規定,其限制讀取器發射訊號強度在某些頻道最大為2W(e.r.p.),各頻道最大之頻寬為200kHz。此外,該法規還規定須經嚴苛環境測試(Extreme Test),在測試中產品特性不可改變致超過限制值。  

而其測試條件分為溫度與電壓變化,溫度變化一般為-20∼55℃間,若產品使用場合受到限制,還可放寬測試條件;在電壓變化方面,若產品使用交流電源,須測試±10%之變化;若產品使用鉛酸電池,須分別測試正常電壓值之1.3倍及0.9倍,而若使用Gel-cell Type電池,須分別測試正常電壓值之1.15倍及0.85倍;使用乾電池(Leclanch)或鋰電池須分別測試正常電壓值至正常電壓值之0.85倍;使用鎳鎘電池須分別測試正常電壓值至正常電壓值之0.9倍;其他種類之電池則由廠商自行宣告。  

EN 302 208之規定包括讀取器與標籤,其中讀取器還分為發射機與接收機部分,美國與台灣在接收機部分要求符合一般EMI規定,以下僅節錄較重要章節,詳細條文請參考EN 302 208內容。  

發射機  

•頻率偏差:與正常使用條件相比,嚴苛測試條件之頻率偏差不得超過±20ppm。  

•頻率穩定度:與正常使用條件相比,當供給電壓持續下調至0V時,其頻率穩定度不得超過±20ppm。此規定僅限定使用電池之產品,且須以無調變之載波進行量測。  

•有效輻射功率:依頻帶劃分(圖1)。  

•頻譜遮罩:單一頻道(fc)之發射強度不得超過如圖2之遮罩,以免干擾鄰近頻道。  

•非必要之發射:發射機不必要之發射(表1)。  

接收機  

•聽取模式:有接收機位準(Receiver Threshold)量測最小可接收位準、隔絕特性(Blocking or De-sensitisation)抵抗干擾訊號的能力,及聽取時間等項目。  

•講話模式:有鄰頻道選擇性(Adjacent Sub-band Selectivity)抵抗相鄰頻道之RFID訊號干擾、隔絕特性(Blocking or Desensitisation),及非必要之發射,限制值如表2。  

標籤  

•僅須量測是否輻射能量到使用頻道外(圖3),在862MHz外須降至-54dBm以下。  

此法規包括一般通訊產品所常見的測試規定,只要配合頻譜分析儀、溫櫃與電源供應器即可量測。另外也將抗雜訊干擾規定納入,須使用訊號產生器或另一台RFID讀取器來發射其他頻道的干擾訊號,來測試待測讀取器是否能選擇正確的頻道或標籤。測試場地可在開放測試場地或電波暗室內進行量測。  

ETSI EN 300 330制定有關使用9KHz∼30MHz頻段的短距離無線通訊產品之規定,同樣有分成發射與接收兩部份。在發射機方面,距離10m之主波輻射磁場強度限制值為60dBuA/m,非必要之發射依頻率有不同限制值,而發射頻寬亦有限制;在接收機方面,主要量測項目為鄰頻道選擇性、隔絕特性,及非必要之發射。本規範並無規定標籤測試,但在測試讀取器時,標籤須一同測試。  

部份測試亦須量測正常條件(正常供電、室溫下)與嚴苛條件(變電壓、最多-20∼55℃變溫),皆不可逾越限制值。  

有關歐盟各國的頻率分配、發射功率與頻帶,可參考ERC Recommendation 70-03文件,此文件會依ETSI所制定的標準或各國主管機構的法令而更新,內容包括各國開放頻率及適用之標準法規等。此文件也是進入歐洲市場,必參考的一份文件。  

(本文作者為台灣電子檢驗中心副工程師)  

(詳細圖表請見新通訊58期12月號)  

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