摘要

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

　　NFC市場概述

　　近場通信（NFC）產品的出貨已有好幾年的歷史。雖然NFC服務在開始階段發展較慢，但最后它還是從試驗產品演變成了全球通用的、具有商業應用地位的服務項目。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NFC芯片，市場上出現了幾百種具有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，幾乎所有的智能設備制造商都展示了帶有NFC功能的產品，許多服務提供商、銷售商和產品開發商也展出了能表明NFC技術廣泛用途的各種創新應用。ABI市場研究公司預測2017年的NFC設備出貨量將達到20億；這些設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市場研究公司預計智能手機的數量將占到2017年20億NFC設備出貨量的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備制造商（OEM）中有九家能提供NFC設備，所以，NFC勢必將成為未來旗艦設備的標準配置［4］。

　　NFC 技術具有促進移動錢包和其它金融交易方式的能力，因此已激發起人們的濃厚興趣。雖然想讓依賴NFC技術的金融交易方式成為主流還有許多商業和生態系統方面的挑戰有待克服，但目前通信和金融行業已開始積極地推動這方面的工作。ABI市場研究公司預計，借助NFC技術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技術介紹

　　NFC是一種近場無線通信技術，以RFID（射頻識別）系統為基礎，可幫助實現兩個設備之間的雙向通信。NFC技術通過近距離電子設備之間的磁場感應來實現設備之間的通信。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的數據傳輸速率。

　　NFC是一種點對點通信，始終會涉及一個發起裝置和一個目標裝置。在其中一種通信模式中，發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。常見的應用包括銀行卡、交通預付費卡、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。常見的應用有智能手機之間的數據交換，如Android Beam。在這兩種工作模式下，消費者只需用他們的設備輕靠一下便可與其它許多類型的具有相應功能的電子產品和設施進行交互通信。圖1所示為不同工作模式下各種NFC應用的例子。

　　圖1：NFC應用舉例

　　目前有許多對NFC技術標準進行規范并確保設備間互通性的ISO（國際標準化組織）標準和行業論壇。表1對各種NFC標準、應用案例和術語進行了概括。

　　表1：NFC標準

　　NFC生產測試的重要性

　　NFC產品的制造商現已進入一個NFC技術市場成長的關鍵時期。這種成長態勢尚在培育階段，因此，此技術保持這種態勢并在今后獲得主流應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應用以及消費者對此技術的認知意識的缺乏極大地限制了人們接受此技術的程度，因此，行業中可能還未充分了解這類設備實際上是否在像人們預期一樣發揮它們的作用。但是，隨著市場成長態勢的增強，制造商們必須確保他們的產品能提供一流的性能以便于提供較好的用戶體驗。考慮到NFC技術應用的廣泛性以及它可能被跨行業應用的各種極具想象力的方式，故障設備對各種應用的影響范圍將會很廣。

　　媒體在評論新產品和新服務時往往會把人們的注意力引到實際問題或對產品性能的感受上。有一個NFC評論者最近在All Things Digital上發表文章說：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支付服務能進一步改善，但她同時也指出，傳統的信用卡支付流程也許更快捷。

　　這個例子說明了NFC設備具備完善功能的重要性。產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。商業機構如果提供了引起交易過程失敗的設備和服務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體現出來。同樣，如果員工不能用他們的NFC設備進入工作區域或登錄到公司網絡（此處僅舉幾個例子），企業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雜的技術。與WiFi和蜂窩標準等其他無線技術相比，它的工作方式有很大的不同。NFC借助近距離磁場感應作為通信介質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電路結構進行了仿真，并假設存在5%的模擬元件差異（這是生產過程的一個典型值）。仿真結果（圖2）表明頻率響應存在一個寬幅的偏移。頻率響應偏移對NFC性能有明顯的影響。例如：一個500kHz的偏移能將傳輸的能量減少大約50%。這會導致功耗的增加和NFC設備工作范圍的縮小，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性能

　　新型NFC線圈正在變得越來越?。▓D3）。由于設計中對尺寸的限制，較小的線圈在智能手機的設計中越來越普及。雖然較小的線圈很容易設計到設備中，但它們對獲得所需的NFC射頻性能會構成一定的挑戰。與較大的線圈相比，較小的線圈意味著對感應耦合的容忍水平低得多。這使它們在NFC傳輸過程中對設備的放置位置很敏感。例如：這可能會導致兩個NFC設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處于關閉狀態，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備運行和設備性能就變得更為重要了。

　　圖3：NFC天線線圈

　　不能保證測試質量的“理想待測物”

　　一些NFC設備制造商在生產中使用參照待測物（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的測試結果，因而可能會讓一個存在潛在問題的產品蒙混過關。即使它能檢測出不合格產品，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-不合格邊緣的產品。一個裝置在生產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標簽結合使用時，或當它處在溫度變化范圍較大的環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中的各種錯誤，因而，大量存在缺陷的產品完全有可能從工廠出貨，而這些缺陷將導致功耗的上升和產品工作范圍的縮小。制造商們可以在生產過程中用射頻參數化測試來識別和矯正產品性能的差異，從而讓他們的企業遠離這種風險。

　　主要NFC測試項目

　　以下圖4所示是一個典型的NFC智能手機的結構。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過程中應測試的主要部件。因此，我們建議進行頻率響應測試，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，大多數情況下這已足以確定產品是否存在缺陷，能否滿足相關要求。由于在研發和設計驗證階段產品結構已按照適用標準/規范進行充分的特性分析和驗證，加之這些標準/規范所要求的測試方法不適合用于生產環境，所以照抄這些測試方法既無必要也不明智。我們認為，如果設計已在生產測試裝置中進行充分驗證，驗證后結構的特性也已經過分析（指標門限制已定義），那么，在生產過程中進行共振掃描測試已足以發現那些會在所需工作范圍內影響工作性能的、關于匹配和共振性能的缺陷。

　　圖4：NFC智能手機結構

　　頻率響應

　　頻率響應測量可以通過對測試裝置線圈回波損失的掃描來實現，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）內吸收的能量。圖5給出了一個NFC裝置頻率響應的例子。這種測量能提供NFC電路元件、線路板、內部連接件和天線線圈的物理特性的量化數據，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據，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。這可確保收發器射頻路徑上所有元件都已正確安裝，處在公差范圍內，且不存在裝配缺陷。

　　此測量可通過一個類似網絡分析器的構架實施，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設備頻率掃描示例

　　基本連通性

　　執行基本連通性測試時需進行通信初始化并讓設備完成NFC協議棧的初始握手。這能起到系統層功能檢查的作用，它能確保待測物進行正確的接收和發送（對其支持的所有NFC標準而言）。它實質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，數字電路連接是否正確。

　　在開發測試過程中，我們可以降低測試儀的磁場強度等級和調制深度，以確保任何與靈敏度、發送電平或損耗有關的缺陷都能被發現。當然，我們也可以在生產測試中 （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射參數進行測量。詳見下文的發送參數和接收靈敏度。

　　發送參數

　　視待測物的結構而定，發射機射頻參數的測試對發現產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的詳細信息，如磁場強度、頻率誤差（載波和/或子載波）、調制質量和深度、以及幀延時。如果待測物能夠被作為發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（待測物隨后會向發射端發送一個響應信號）。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制深度并同時監測待測物的響應和記錄測試儀設定等級（可用來確定待測物靈敏度等級）的方法進行；測試應一直進行到測試儀不再接收到待測物發出的響應信號為止。

　　萊特波特NFC解決方案

　　萊特波特的NFC解決方案（IQnfc）是一種結構緊湊、堅固耐用的測試系統，并專門為生產線和實驗室進行過優化。它是一種設置方便、簡單易用的系統，只需要一個按鍵操作便能快速地對生產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

　　萊特波特是連通技術和蜂窩技術生產測試的領導者。我們憑借著創新的、能快速應對新型無線通信技術的解決方案保持我們的領導地位。針對剛出現的NFC設備，萊特波特已推出IQnfc測試解決方案，以便隨時滿足您的生產需求。