非接觸IC卡芯片的低成本測(cè)試

文章出處：http://xianjuhong.com 作者：中國(guó)一卡通網(wǎng) 收編   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月27日

    1．非接觸IC卡的種類(lèi)及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) 

    根據(jù)讀卡機(jī)與IC卡的作用距離，可以將非接觸IC卡分成以下四類(lèi)(見(jiàn)圖1-1)，其中第二代身份證卡使用的是近距離通訊型，即符合IS014443的非接觸IC卡，它的有效作用距離大約是10-15cm左右，典型的工作頻率是13．56MHz。
 

    ISO14443又包含A，B，C三種類(lèi)型(其中C型未定)。表1-1對(duì)A型和B型從讀卡機(jī)到IC卡和IC卡到讀卡機(jī)兩方面對(duì)A型和B型做了比較。第二代身份證卡使用的是B型的非接觸IC卡芯片，讀卡機(jī)對(duì)卡片發(fā)送一個(gè)載波頻率為13．56MHz+／-7KHz的射頻信號(hào)，采用10％的ASK的調(diào)制，以及NRZ(不歸零)的鍵控方式，數(shù)據(jù)傳輸速率是106／212Kbps；卡內(nèi)芯片的返回信號(hào)采用的是BPSK的副載波調(diào)制方式，副載波的頻率是847KHz。 

    圖1-2是ASK和BPSK信號(hào)波形的比較。對(duì)ASK信號(hào)，它是以正弦波幅度的高低(a或b)來(lái)定義其每個(gè)數(shù)據(jù)周期的邏輯“0”或“1”，同時(shí)，我們定義調(diào)制深度M=(a-b)／(a+b)；對(duì)BPSK返回信號(hào)，我們以每個(gè)數(shù)據(jù)周期的起始電平高低來(lái)判斷邏輯“0”或“1”，所以對(duì)于“0”，“1”轉(zhuǎn)化的周期，可以看到正弦波有180度的相移。 

    2 非接觸IC卡芯片及其測(cè)試要求 

    從IC測(cè)試要求來(lái)看，非接觸IC卡芯片可以分為兩部分(見(jiàn)圖2-1)：RF部分和邏輯部分。其中，邏輯部分由內(nèi)嵌CPU／MCU加上存儲(chǔ)器(一般來(lái)說(shuō)是非易失性的EEPROM等)組成的，與普通的SoC芯片測(cè)試沒(méi)有什么不同；RF部分由射頻天線端子，射頻信號(hào)發(fā)生電路，解調(diào)電路，RF接口電路等組成。除了普通的SoC芯片測(cè)試項(xiàng)目外，還有通過(guò)天線端子接受/識(shí)別來(lái)自外界的射頻信號(hào)，并進(jìn)行反饋的RF通訊測(cè)試。 

    表2-1列舉了非接觸IC卡芯片在設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)和量產(chǎn)中通常要進(jìn)行的測(cè)試項(xiàng)目。其中有些測(cè)試項(xiàng)目是普通的SoC測(cè)試項(xiàng)目，使用的測(cè)試方法是使用
ATE(在實(shí)際測(cè)試中使用的是ADVANTEST的T6000測(cè)試系統(tǒng))的DdCp和DC／AC測(cè)試單元；而對(duì)于余下的幾個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，包括Vcc整流電壓，通訊實(shí)驗(yàn)等都要用到RFID模塊(RFID測(cè)試應(yīng)用模塊)。通過(guò)RFID模塊，結(jié)合T6000測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)字測(cè)試功能，來(lái)實(shí)現(xiàn)低成本的測(cè)試要求。RFID Module是整個(gè)測(cè)試解決方案的核心。 

    對(duì)于設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)測(cè)試，要求測(cè)試儀能發(fā)射／識(shí)別IS014443類(lèi)型—B規(guī)定的各種信號(hào)(ASK／BPSK)，實(shí)現(xiàn)其RF的通訊功能。
另外，對(duì)于大規(guī)模量產(chǎn)時(shí)，需要解決的低成本地實(shí)現(xiàn)多芯片同測(cè)，并且要盡可能地避免芯片與芯片之間的干擾問(wèn)題。 

    3 非接觸IC卡芯片整體的測(cè)試解決方案
 
    圖3-1是非接觸IC卡芯片測(cè)試解決方案的示意圖。圖中上半部份從左到右依次分別是測(cè)試儀，RFID模塊和待測(cè)芯片。下半部分，為IC卡測(cè)試模塊及測(cè)試儀的照片。具體的工作原理如下： 

    通過(guò)集成電路測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)測(cè)試部分的數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字信號(hào)，通過(guò)ASK信號(hào)發(fā)生器的濾波電路將該數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成相同頻率和幅值的正弦波信號(hào)；再通過(guò)放大電路放大成為所需要幅值的正弦波信號(hào)(符合IS014443-B型)，給待測(cè)芯片，與此同時(shí)放大電路的后端(經(jīng)放大的信號(hào))連接到監(jiān)控器，它的作用是對(duì)即將發(fā)送給芯片天線的射頻信號(hào)的電壓峰—峰值和調(diào)制精度進(jìn)行校正；正常情況下，芯片的BPSK返回信號(hào)通過(guò)RFID模塊內(nèi)部進(jìn)行檢波，放大并進(jìn)一步送給解調(diào)電路解碼，最后解調(diào)電路將解調(diào)出的數(shù)字碼返回?cái)?shù)字信號(hào)測(cè)試部分的數(shù)字信號(hào)比較器，與事先保存好的標(biāo)準(zhǔn)碼比較，看是否相同，以此來(lái)確定芯片的返回信號(hào)是否正確。 

    這種測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)主要有三個(gè)方面。首先，與普通的測(cè)試方法要求IC測(cè)試儀需要比較昂貴的混合信號(hào)測(cè)試部件來(lái)發(fā)送幟別RF信號(hào)相比，該解決方案只需要ATE有一般的數(shù)字電路的測(cè)試功能而不必過(guò)多占用測(cè)試儀的其它測(cè)試資源；另外，測(cè)試的整個(gè)過(guò)程和信號(hào)處理(包括模擬信號(hào)的處理)幾乎都是通過(guò)RF模塊在高速的狀態(tài)下進(jìn)行；所以測(cè)試時(shí)間與使用混合信號(hào)測(cè)試部件相比大大減少。最后，使用的RF模塊直接搭載在測(cè)試電路板上，與測(cè)試儀本體完全分離，可以方便靈活的拆裝，在多芯片同測(cè)時(shí)，只要使用多個(gè)RF模塊即可。
 
    圖3-2是使用上述測(cè)試方法，對(duì)非接觸IC卡芯片進(jìn)行通訊測(cè)試所采集的ASK波形。圖3-3是非接觸IC卡芯片對(duì)芯片的BPSK返回信號(hào)。 

    在大規(guī)模量產(chǎn)測(cè)試時(shí)，可以針對(duì)不同的情況采用兩種方法實(shí)現(xiàn)多芯片同測(cè)： 

    (1)如果同測(cè)的所有DIE的返回信號(hào)周期偏移在1個(gè)ETU(一個(gè)數(shù)據(jù)單元，1ETU=16周期)內(nèi)，測(cè)試系統(tǒng)就可以對(duì)接收的非同期信號(hào)進(jìn)行識(shí)別、接收到全部的被測(cè)芯片的返回信號(hào)之后進(jìn)行同期判定。另外，我們使用T6000系列測(cè)試系統(tǒng)的MATCH功能來(lái)識(shí)別返回信號(hào)的起始位置。
 
    (2)在實(shí)際的測(cè)試過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)：使用RF模塊進(jìn)行通信試驗(yàn)、由于發(fā)送信號(hào)的調(diào)制及接受信號(hào)的解調(diào)全部在高速的模擬信號(hào)狀態(tài)下進(jìn)行、所要測(cè)試時(shí)間非常短。一般來(lái)說(shuō)，通信測(cè)試所占的測(cè)試時(shí)間很短，大約占完成整個(gè)測(cè)試流程所需時(shí)間的1％左右。因此完全可以以順序單測(cè)的方式來(lái)進(jìn)行測(cè)試，而不會(huì)因此過(guò)多增加測(cè)試時(shí)間。 

    另外，對(duì)沒(méi)有專(zhuān)用測(cè)試端子而僅通過(guò)2個(gè)射頻天線端子對(duì)芯片內(nèi)部EEPROM進(jìn)行測(cè)試而言，由于芯片內(nèi)部對(duì)外加信號(hào)的反應(yīng)時(shí)間不盡相同，造成芯片與芯片之間的返回的非同步性，我們采取同時(shí)將所有采集到的返回碼存儲(chǔ)于測(cè)試儀的存儲(chǔ)器中，再通過(guò)軟件計(jì)算的方法來(lái)對(duì)多芯片實(shí)現(xiàn)同測(cè)。
    對(duì)于射頻信號(hào)中容易出現(xiàn)的芯片與芯片之間串?dāng)_的問(wèn)題，我們主要通過(guò)在探針卡上使用同軸屏蔽線做射頻天線等方法，來(lái)盡可能減少串?dāng)_對(duì)良品率的影響。 

    圖3-4是該解決方案在實(shí)際量產(chǎn)中已經(jīng)使用的配套設(shè)備，包括專(zhuān)用的測(cè)試板，探針卡／臺(tái)，晶圓映射圖等。 

    4. 總結(jié) 

    在我國(guó)，非接觸式IC卡芯片的生產(chǎn)和使用還處于起步階段，目前只有少數(shù)幾個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市，在公交，醫(yī)療保險(xiǎn)等行業(yè)進(jìn)行了試點(diǎn)，取得了良好的效果。隨著國(guó)家“金卡工程”的不斷深入，以及居民身份證使用非接觸式IC卡，必將大大推動(dòng)非接觸式IC卡在中國(guó)的普及。 

    目前，影響非接觸式IC卡廣泛使用的因素主要有兩條：一是芯片的生產(chǎn)工藝，二是成本。對(duì)于成本的降低來(lái)說(shuō)，主要有兩個(gè)方面的途徑，一是顯著地改進(jìn)生產(chǎn)工藝；第二就是降低其它方面的耗費(fèi)，其中比較重要的就是關(guān)系到最終成品質(zhì)量的芯片測(cè)試。對(duì)于非接觸式IC卡的芯片來(lái)說(shuō)，由于有射頻電路的存在，它就不可能是純數(shù)字電路測(cè)試。我們可以使用混合信號(hào)的測(cè)試儀來(lái)測(cè)試，但是無(wú)論從測(cè)試本身的硬件損耗還是測(cè)試時(shí)間來(lái)說(shuō)，都是不經(jīng)濟(jì)的。 

    本文中介紹的非接觸式IC卡芯片的測(cè)試解決方案，使用即插即用的RFID Module，加上測(cè)試系統(tǒng)本身的一些AC／DC測(cè)試功能作為輔助驗(yàn)證就可以
    實(shí)現(xiàn)完整的RFID芯片的測(cè)試，真正地實(shí)現(xiàn)了低成本測(cè)試。
    以下是RFID Module的一些基本的性能參數(shù)： 
    -載波信號(hào)頻率：13．56MHz 
    -載波信號(hào)振幅：O-30Vpp 
    -調(diào)制深度：5％-100％
    -負(fù)載調(diào)制方式：BPSK