一種UHF無源RFID標(biāo)簽芯片阻抗測試方法研究

2 仿真分析
利用ADS仿真軟件對阻抗測試模型進(jìn)行仿真，標(biāo)簽芯片接口用Term1表示，輸出阻抗可以按照芯片的標(biāo)準(zhǔn)阻抗設(shè)定；閱讀器與衰減器串聯(lián)之后的輸出接口用Term2表示，輸出阻抗為50 Ω；物理長度為λ/4的傳輸線模型用TL1表示，其角度為90 deg，特性阻抗為Z0。在915 MHz頻點(diǎn)，將Term1的阻抗值用NXP_XM芯片data-
sheet所規(guī)定的阻抗值18.1-149*j代替時，得到最優(yōu)阻抗Z0為250 Ω
從圖4所示標(biāo)準(zhǔn)芯片的回波損耗仿真圖形可以看出，標(biāo)準(zhǔn)芯片與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)達(dá)到比較好的匹配狀態(tài)，證明測試原理有效。

3 實際測試及誤差分析
基于以上仿真制作測試板。結(jié)合芯片封裝形式以及SMA頭的寬度，選擇平行雙線的中心距為4.15 mm，利用式(1)，計算平行雙線寬度b值及對應(yīng)的Z0值如表1所示，依據(jù)表1所示的計算值可以制作出測試板。為了提高測試板的抗干擾能力，SMA頭接入信號后首先通過一個巴倫，將非平衡信號轉(zhuǎn)換成平衡信號，然后再接到后端的平行雙導(dǎo)線。

測試板材料將對傳輸線上的波長產(chǎn)生影響，結(jié)合傳輸線理論，對于終端開路的傳輸線而言，當(dāng)0zλ/4時，輸入阻抗呈現(xiàn)容性；當(dāng)z=λ/4時，輸入阻抗為0，相當(dāng)于短路；當(dāng)λ/4zλ/2時，輸入阻抗呈現(xiàn)感性；其中z為傳輸線的長度。利用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行實際測試得知，該傳輸線上的波長為252 mm，芯片應(yīng)該放在λ/4處，即距離輸出端口63 mm處。
利用此測試板對工作在915 MHz的標(biāo)準(zhǔn)芯片進(jìn)行測試，獲得最優(yōu)的Z0和Lλ值，代入公式（8）即可得到NXP_XM芯片阻抗為：17.1-j145；Impinj_Monza4芯片阻抗為：10.2-j142 Ω。而datasheet所給出的NXP_XM芯片阻抗為：18.1-j149；Impinj_Monza4單端口連接芯片阻抗為：11-j143 Ω。測試標(biāo)準(zhǔn)芯片所得阻抗值與芯片的datasheet相比略有偏差。
誤差產(chǎn)生的原因如下：(1)任何芯片阻抗值均具有離散性，這是由芯片本身的質(zhì)量所決定的，所作的測試僅僅是對標(biāo)準(zhǔn)芯片的個別測試，而datasheet所給出的結(jié)果是一定數(shù)量的芯片阻抗取其平均值所得。(2)從仿真中可以看出，短截線與芯片距離的微小偏差便會對芯片的阻抗產(chǎn)生影響，可以利用多次讀數(shù)取平均值減小誤差。(3)作為通用測試板，傳輸線阻抗值與芯片測試所需要的值會有偏差，但是通過計算之后發(fā)現(xiàn)影響不大，依然能夠保證較低的回波損耗值。
本文提出一種UHF頻段無源RFID標(biāo)簽芯片在最低功耗工作狀態(tài)下的阻抗測試方法，其測試方法簡單、準(zhǔn)確性高、實際應(yīng)用性強(qiáng)。利用該測試方法對工作在單個頻點(diǎn)的芯片阻抗進(jìn)行測試，同時通過多頻點(diǎn)測試，可以測得一個頻段內(nèi)芯片的阻抗值變化情況。另外，該測試方法在測試板中引入了巴倫，提高了測試板抗干擾能力。此UHF無源單芯片阻抗測試的新方法改善了傳統(tǒng)測試方法的不足，提高了測試的精準(zhǔn)度，為下一步頻段內(nèi)阻抗測試奠定了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
[1] KLAUS F.射頻識別（RFID）技術(shù)[M].陳大才，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2001.
[2] MURFETT D.The challenge of testing RFID integrated circuits[J].In IEEE Int.Electron.Design，Test，Appl.Workshop，2004(6)：410-412.
[3] 黃玉蘭.射頻電路理論與設(shè)計[M].北京：人民郵電出版社，2008.
[4] DEVENDRA K M.Radio-frequency and microwave communication circuits analysis and design，Second Edition[M].張肇義，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2005.
[5] 李云華，劉弈昌.標(biāo)簽芯片阻抗的在線測量[J].射頻識別，2010(2).
[6] MATS L，HAWRYLAK P，MICKLE M.In-situ characterization of passive RFID tag performance at absolute minimum power levels[J].In IEEE AP-S Int.Symp.，2007(7)：2741-2744.
[7] PURSULA P，SANDSTROM D，JAAKKOLA K.Backscattering-based measurement of reactive antenna input impedance[J].IEEE Trans.Antennas Prapag.，2008，56(2)：469-474.