摘要

　　近場通信（NFC）技術(shù)已在市場上獲得一定的發(fā)展動力并呈現(xiàn)出將在全球獲得推廣的趨勢。此技術(shù)特別簡單易用，其通用性也足以支持消費品領(lǐng)域和商業(yè)領(lǐng)域中各種不同的應(yīng)用，因而發(fā)展前景廣闊。雖然它是一種相對簡單的技術(shù)，但NFC子系統(tǒng)的性能卻會受到設(shè)備生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的各種微妙差異的影響。因此，為確保有NFC功能的產(chǎn)品能同人們預(yù)期的一樣正常工作，制造商們需要對其產(chǎn)品實施驗證測試。本文的目的在于向讀者解釋NFC測試的重要性，以及確保這類生產(chǎn)測試達到一定精度和效果從而推動此技術(shù)在市場上取得進一步發(fā)展的途徑。

　　NFC市場概述

　　近場通信（NFC）產(chǎn)品的出貨已有好幾年的歷史。雖然NFC服務(wù)在開始階段發(fā)展較慢，但最后它還是從試驗產(chǎn)品演變成了全球通用的、具有商業(yè)應(yīng)用地位的服務(wù)項目。截止到2013年年底，全球已有大約10個芯片制造公司正在生產(chǎn)NFC芯片，市場上出現(xiàn)了幾百種具有NFC功能的移動電話和平板電腦［1］。在2013年移動通信世界大會上，幾乎所有的智能設(shè)備制造商都展示了帶有NFC功能的產(chǎn)品，許多服務(wù)提供商、銷售商和產(chǎn)品開發(fā)商也展出了能表明NFC技術(shù)廣泛用途的各種創(chuàng)新應(yīng)用。ABI市場研究公司預(yù)測2017年的NFC設(shè)備出貨量將達到20億；這些設(shè)備將包括智能手機以及平板電腦、PC輔助裝置和游戲機［2］。

　　智能手機將代表NFC市場的一個重要組成部分。ABI市場研究公司預(yù)計智能手機的數(shù)量將占到2017年20億NFC設(shè)備出貨量的75%［3］。實際上，智能手機的市場份額早已開始快速增長，因此，2013年的出貨量將在2012年的數(shù)量上翻番，達到1.02億。ABI市場研究公司斷言，由于目前十大原始設(shè)備制造商（OEM）中有九家能提供NFC設(shè)備，所以，NFC勢必將成為未來旗艦設(shè)備的標準配置［4］。

　　NFC 技術(shù)具有促進移動錢包和其它金融交易方式的能力，因此已激發(fā)起人們的濃厚興趣。雖然想讓依賴NFC技術(shù)的金融交易方式成為主流還有許多商業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)方面的挑戰(zhàn)有待克服，但目前通信和金融行業(yè)已開始積極地推動這方面的工作。ABI市場研究公司預(yù)計，借助NFC技術(shù)的金融交易的總額將在今后幾年里從2012 年的大約40億美元飆升到1000億（2016年）乃至1910億美元（2017年）［5］。

　　NFC技術(shù)介紹

　　NFC是一種近場無線通信技術(shù)，以RFID（射頻識別）系統(tǒng)為基礎(chǔ)，可幫助實現(xiàn)兩個設(shè)備之間的雙向通信。NFC技術(shù)通過近距離電子設(shè)備之間的磁場感應(yīng)來實現(xiàn)設(shè)備之間的通信。它通過幅移鍵控（ASK）方法在13.56MHz頻率上工作，一般可在4厘米或更近的距離間達到106至848kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　NFC是一種點對點通信，始終會涉及一個發(fā)起裝置和一個目標裝置。在其中一種通信模式中，發(fā)起裝置會生成一個電磁場，而目標裝置會在這個電磁場的作用下啟動并開始通信。在此模式中，目標裝置不需要電源或電池，而且可以做得很小，外形也很簡單，如標簽、即時貼或塑料卡片。常見的應(yīng)用包括銀行卡、交通預(yù)付費卡、快捷的Wifi/藍牙對等通信裝置等。在另一種通信模式中，發(fā)起裝置和目標裝置都帶有自身的電源并進行點對點通信。常見的應(yīng)用有智能手機之間的數(shù)據(jù)交換，如Android Beam。在這兩種工作模式下，消費者只需用他們的設(shè)備輕靠一下便可與其它許多類型的具有相應(yīng)功能的電子產(chǎn)品和設(shè)施進行交互通信。圖1所示為不同工作模式下各種NFC應(yīng)用的例子。

　　圖1：NFC應(yīng)用舉例

　　目前有許多對NFC技術(shù)標準進行規(guī)范并確保設(shè)備間互通性的ISO（國際標準化組織）標準和行業(yè)論壇。表1對各種NFC標準、應(yīng)用案例和術(shù)語進行了概括。

　　表1：NFC標準

　　NFC生產(chǎn)測試的重要性

　　NFC產(chǎn)品的制造商現(xiàn)已進入一個NFC技術(shù)市場成長的關(guān)鍵時期。這種成長態(tài)勢尚在培育階段，因此，此技術(shù)保持這種態(tài)勢并在今后獲得主流應(yīng)用地位的能力還需依賴制造商方面始終如一地確保用戶體驗的能力。到目前為止，NFC應(yīng)用以及消費者對此技術(shù)的認知意識的缺乏極大地限制了人們接受此技術(shù)的程度，因此，行業(yè)中可能還未充分了解這類設(shè)備實際上是否在像人們預(yù)期一樣發(fā)揮它們的作用。但是，隨著市場成長態(tài)勢的增強，制造商們必須確保他們的產(chǎn)品能提供一流的性能以便于提供較好的用戶體驗?？紤]到NFC技術(shù)應(yīng)用的廣泛性以及它可能被跨行業(yè)應(yīng)用的各種極具想象力的方式，故障設(shè)備對各種應(yīng)用的影響范圍將會很廣。

　　媒體在評論新產(chǎn)品和新服務(wù)時往往會把人們的注意力引到實際問題或?qū)Ξa(chǎn)品性能的感受上。有一個NFC評論者最近在All Things Digital上發(fā)表文章說：她需要將她的NFC智能手機在零售店的支付終端上觸碰好幾下后才能完成購買過程。雖然她最終完成了交易并聲稱她衷心期待智能手機的NFC支付服務(wù)能進一步改善，但她同時也指出，傳統(tǒng)的信用卡支付流程也許更快捷。

　　這個例子說明了NFC設(shè)備具備完善功能的重要性。產(chǎn)品故障會使支付過程被迫中斷，從而使原本極富獲利空間的金融交易市場的價值大打折扣。商業(yè)機構(gòu)如果提供了引起交易過程失敗的設(shè)備和服務(wù)就會同時遭受收入和品牌方面的損失。如果旅客不能用他們的NFC設(shè)備進入地鐵站或在機場登機，那么類似的影響也會在交通運輸行業(yè)體現(xiàn)出來。同樣，如果員工不能用他們的NFC設(shè)備進入工作區(qū)域或登錄到公司網(wǎng)絡(luò)（此處僅舉幾個例子），企業(yè)就會受到類似的負面影響。

　　NFC物理層主要特性

　　NFC在原理上很簡單，但實際上卻是一種很復(fù)雜的技術(shù)。與WiFi和蜂窩標準等其他無線技術(shù)相比，它的工作方式有很大的不同。NFC借助近距離磁場感應(yīng)作為通信介質(zhì)并通過共振模擬電路提供有效的功率傳輸。然而，這種電路對模擬元件的差異很敏感。萊特波特對一個典型的NFC電路結(jié)構(gòu)進行了仿真，并假設(shè)存在5%的模擬元件差異（這是生產(chǎn)過程的一個典型值）。仿真結(jié)果（圖2）表明頻率響應(yīng)存在一個寬幅的偏移。頻率響應(yīng)偏移對NFC性能有明顯的影響。例如：一個500kHz的偏移能將傳輸?shù)哪芰繙p少大約50%。這會導(dǎo)致功耗的增加和NFC設(shè)備工作范圍的縮小，進而引起用戶體驗的下降。

　　圖2：匹配元件的性能值和/或公差的一個小小偏移會明顯影響系統(tǒng)性能

　　新型NFC線圈正在變得越來越?。▓D3）。由于設(shè)計中對尺寸的限制，較小的線圈在智能手機的設(shè)計中越來越普及。雖然較小的線圈很容易設(shè)計到設(shè)備中，但它們對獲得所需的NFC射頻性能會構(gòu)成一定的挑戰(zhàn)。與較大的線圈相比，較小的線圈意味著對感應(yīng)耦合的容忍水平低得多。這使它們在NFC傳輸過程中對設(shè)備的放置位置很敏感。例如：這可能會導(dǎo)致兩個NFC設(shè)備必須放得很近且兩個線圈相互正對才能正常工作。如果匹配電路的頻率響應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)，線圈又較小，那么NFC可能根本無法工作。因此，共振頻率處于正確的范圍以確保設(shè)備運行和設(shè)備性能就變得更為重要了。

　　圖3：NFC天線線圈

　　不能保證測試質(zhì)量的“理想待測物”

　　一些NFC設(shè)備制造商在生產(chǎn)中使用參照待測物（或稱為“理想待測物”），或NFC讀卡器來驗證設(shè)備的NFC工作性能。使用“理想裝置”雖然是一種常用和可行的生產(chǎn)測試方法，但這種方法有它的局限性。例如：它只能提供一種合格/不合格或 go-no go的測試結(jié)果，因而可能會讓一個存在潛在問題的產(chǎn)品蒙混過關(guān)。即使它能檢測出不合格產(chǎn)品，測試過程也不能提供量化信息和找出失效的原因。

　　另一個局限在于“理想待測物”或讀卡器不能檢測出處于合格-不合格邊緣的產(chǎn)品。一個裝置在生產(chǎn)線的受控條件下可能正常工作并通過工廠的go-no go測試，但它可能不具備在非受控的實際工作條件下正常運行的能力，因而，當它與非標讀卡器或非標NFC標簽結(jié)合使用時，或當它處在溫度變化范圍較大的環(huán)境中時可能無法正常工作。

　　總之，“理想待測物”或NFC讀卡器不能暴露生產(chǎn)中的各種錯誤，因而，大量存在缺陷的產(chǎn)品完全有可能從工廠出貨，而這些缺陷將導(dǎo)致功耗的上升和產(chǎn)品工作范圍的縮小。制造商們可以在生產(chǎn)過程中用射頻參數(shù)化測試來識別和矯正產(chǎn)品性能的差異，從而讓他們的企業(yè)遠離這種風險。

　　主要NFC測試項目

　　以下圖4所示是一個典型的NFC智能手機的結(jié)構(gòu)。正如前面討論指出，多標準芯片、匹配和共振元件、以及天線線圈是生產(chǎn)過程中應(yīng)測試的主要部件。因此，我們建議進行頻率響應(yīng)測試，以及基本的、能用來檢驗NFC標準基本功能的連通性測試。我們感到，大多數(shù)情況下這已足以確定產(chǎn)品是否存在缺陷，能否滿足相關(guān)要求。由于在研發(fā)和設(shè)計驗證階段產(chǎn)品結(jié)構(gòu)已按照適用標準/規(guī)范進行充分的特性分析和驗證，加之這些標準/規(guī)范所要求的測試方法不適合用于生產(chǎn)環(huán)境，所以照抄這些測試方法既無必要也不明智。我們認為，如果設(shè)計已在生產(chǎn)測試裝置中進行充分驗證，驗證后結(jié)構(gòu)的特性也已經(jīng)過分析（指標門限制已定義），那么，在生產(chǎn)過程中進行共振掃描測試已足以發(fā)現(xiàn)那些會在所需工作范圍內(nèi)影響工作性能的、關(guān)于匹配和共振性能的缺陷。

　　圖4：NFC智能手機結(jié)構(gòu)

　　頻率響應(yīng)

　　頻率響應(yīng)測量可以通過對測試裝置線圈回波損失的掃描來實現(xiàn)，在這個過程中，我們可以測得待測裝置在NFC特定頻率范圍（如：10至20MHz）內(nèi)吸收的能量。圖5給出了一個NFC裝置頻率響應(yīng)的例子。這種測量能提供NFC電路元件、線路板、內(nèi)部連接件和天線線圈的物理特性的量化數(shù)據(jù)，還能了解組裝的效果。通過測量，我們可以獲得一些簡單的測試數(shù)據(jù)，如：中間頻率，3dB帶寬和Q因子，并用它們來確定性能合格與否。這可確保收發(fā)器射頻路徑上所有元件都已正確安裝，處在公差范圍內(nèi)，且不存在裝配缺陷。

　　此測量可通過一個類似網(wǎng)絡(luò)分析器的構(gòu)架實施，其中，一個CW信號源會掃描頻率范圍，另外，有一個分析儀會監(jiān)視回波信號并將其與CW信號源進行對比。這可使測試儀對待測物匹配電路和線圈的共振頻率進行測量。

　　圖5：NFC設(shè)備頻率掃描示例

　　基本連通性

　　執(zhí)行基本連通性測試時需進行通信初始化并讓設(shè)備完成NFC協(xié)議棧的初始握手。這能起到系統(tǒng)層功能檢查的作用，它能確保待測物進行正確的接收和發(fā)送（對其支持的所有NFC標準而言）。它實質(zhì)上是在檢查集成電路是否在裝配過程中損壞，針腳焊接是否正確，數(shù)字電路連接是否正確。

　　在開發(fā)測試過程中，我們可以降低測試儀的磁場強度等級和調(diào)制深度，以確保任何與靈敏度、發(fā)送電平或損耗有關(guān)的缺陷都能被發(fā)現(xiàn)。當然，我們也可以在生產(chǎn)測試中 （上述連通性測試期間）采用同樣的方法。此外，測試期間也可以對其他發(fā)射參數(shù)進行測量。詳見下文的發(fā)送參數(shù)和接收靈敏度。

　　發(fā)送參數(shù)

　　視待測物的結(jié)構(gòu)而定，發(fā)射機射頻參數(shù)的測試對發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷可以起到很好的作用。它們可以提供物理層性能參數(shù)的詳細信息，如磁場強度、頻率誤差（載波和/或子載波）、調(diào)制質(zhì)量和深度、以及幀延時。如果待測物能夠被作為發(fā)起裝置和目標裝置來使用，那么我們需要對兩種模式進行單獨測試。

　　接收靈敏度

　　此測試可測量待測物能探測到的最低信號電平（待測物隨后會向發(fā)射端發(fā)送一個響應(yīng)信號）。隨著待測物從NFC測試裝置的距離拉遠，信號電平會隨距離的變化以指數(shù)級的速度降低。因此，接收靈敏度測試是直接與待測物工作范圍相關(guān)的。與測試耦合距離時移動待測物位置的方法相反，靈敏度的測試可通過降低測試儀生成磁場的強度或降低調(diào)制深度并同時監(jiān)測待測物的響應(yīng)和記錄測試儀設(shè)定等級（可用來確定待測物靈敏度等級）的方法進行；測試應(yīng)一直進行到測試儀不再接收到待測物發(fā)出的響應(yīng)信號為止。

　　萊特波特NFC解決方案

　　萊特波特的NFC解決方案（IQnfc）是一種結(jié)構(gòu)緊湊、堅固耐用的測試系統(tǒng)，并專門為生產(chǎn)線和實驗室進行過優(yōu)化。它是一種設(shè)置方便、簡單易用的系統(tǒng)，只需要一個按鍵操作便能快速地對生產(chǎn)線上的待測物進行特性分析；它具有直觀的圖形化用戶界面，用于進行詳細的波形分析；它還有靈活的應(yīng)用程序編程界面，便于用戶定制實驗室測試流程。IQnfc支持所有主要的NFC標準的測量，同時也支持發(fā)起裝置和目標裝置兩種模式的測量；詳見表2。此測試儀也全面涵蓋了所有主要的NFC測量項目；詳見表3。

　　圖6：萊特波特IQnfc測試儀

　　表2：IQnfc標準適用性

　　表3：IQnfc涵蓋的測試項目

　　總結(jié)

　　萊特波特是連通技術(shù)和蜂窩技術(shù)生產(chǎn)測試的領(lǐng)導(dǎo)者。我們憑借著創(chuàng)新的、能快速應(yīng)對新型無線通信技術(shù)的解決方案保持我們的領(lǐng)導(dǎo)地位。針對剛出現(xiàn)的NFC設(shè)備，萊特波特已推出IQnfc測試解決方案，以便隨時滿足您的生產(chǎn)需求。