Pomiary urządzeń pracujących w technologii NFC

Technologia NFC została zaprojektowana z myślą o intuicyjnych, bezprzewodowych, ale jednocześnie bezpiecznych systemach wymagających autoryzacji. Jej koncepcję opracowały wspólnie firmy Sony i NXP Semiconductors, korzystając ze specyfikacji standardu RFID, w wariancie przystosowanym do pracy na częstotliwości 13,56 MHz.

W odróżnieniu od RFID, technologia NFC pozwala na transmisję na odległość do około 10 cm z szybkością do 424 kb/s. Co więcej, w wymianie informacji mogą uczestniczyć dwa, równoważne sobie urządzenia aktywne lub urządzenie aktywne odpytujące pasywny znacznik, podczas gdy w RFID dostępna była tylko ta druga metoda.

Dzięki rozszerzonemu, a nie po prostu zmienionemu zestawowi funkcji, komponenty NFC są wstecznie kompatybilne z RFID, np. z rozpowszechnionym standardem Smart Card.

Sposób działania

Rys. 1. Schemat podłączenia aparatury w trakcie testowania urządzeń odpytujących

W praktyce urządzenia NFC najczęściej komunikują się z prędkością 106 kb/s. W trakcie odpytywania korzystają z modulacji OOK (On/Off Keying) o głębokości na poziomie 10% lub 100%, lub z binarnej modulacji fazowej BPSK. W wypadku komunikowania się w trybie aktywno-pasywnym, urządzenie pasywne traktuje nośną sygnału nadawanego przez urządzenie odpytujące jako źródło energii.

Wtedy jest stosowana modulacja ASK. W trybie peer-to-peer używa się tej samej modulacji co w trakcie odpytywania, ale zapotrzebowanie na energię jest mniejsze, ponieważ oba urządzenia korzystają z własnych źródeł zasilania. Transmisja danych z urządzenia pasywnego jest możliwa dzięki sprzężeniu cewek obu urządzeń.

Zmiana impedancji cewki znacznika wpływa na zmianę amplitudy lub fazy w antenie inicjatora komunikacji. Technika ta nosi nazwę modulacji obciążenia. Przesyłane dane kodowane są protokołem NRZ-L, Manchester lub zmodyfikowanym kodowaniem Millera.

Konieczne testy

Rys. 2. Schemat podłączenia aparatury w trakcie testowania urządzeń nasłuchujących

Sprawdzenie poprawności działania urządzenia z modułem NFC polega na przeprowadzeniu testów protokołów cyfrowych oraz dokonaniu pomiarów sygnału radiowego. Do tych drugich należą przede wszystkim: badanie opóźnień i synchronizacji, pomiary mocy sygnału w trybie odpytywania, sprawdzenie częstotliwości nośnej, czułości odbiornika i pomiary modulacji obciążenia.

Ze względu na konieczność przebadania urządzenia pracującego w trybie odpytywania oraz nasłuchiwania, proponuje się dwa sposoby konfigurowania sprzętu pomiarowego. W pierwszym przypadku, referencyjne urządzenie nasłuchujące pracuje pod kontrolą generatora odpowiedzi zsynchronizowanego z narzędziem do pomiarów fal.

Natomiast ono w połączeniu z przyrządem do pomiaru natężenia pola monitoruje sygnały odbierane przez urządzenie nasłuchujące. W drugim wypadku generator komend steruje pracą urządzenia odpytującego, które jest dołączone do aparatury mierzącej modulację obciążenia.

Przykładowe stanowisko

Rys. 3. Ekran oprogramowania FS-K112PC w trakcie testowania urządzenia odpytującego zawiera m.in. listę transmitowanych komend, czasy narastania i opadania napięć oraz wskaźnik modulacji

W celu wyposażenia kompletnego stanowiska do testowania urządzeń pracujących w trybie odpytywania, potrzebny będzie oscyloskop, generator sygnałów i komputer PC oraz opcjonalnie, analizator widma. Sprawne pomiary wymagają zastosowania odpowiedniego oprogramowania przystosowanego do testów NFC.

Pełny zestaw takich narzędzi dostarcza firma Rohde & Schwarz. Zainstalowane na komputerze PC oprogramowanie FS-K112 pozwala sterować generatorem SMBV z modułem SM- -K6 oraz oscyloskopem serii RTO z modułem RTO-K11, a także ewentualnie analizatorem takim jak np. FSV poprzez sieć ethernetową.

W celu synchronizacji, wyjście wyzwalania oscyloskopu należy podłączyć do wejścia generatora sygnałów. Wyjście generatora podłączamy natomiast do referencyjnego urządzenia nasłuchującego, którego antenę należy podłączyć do oscyloskopu i ewentualnie analizatora.

Przy testowaniu urządzeń nasłuchujących, generator SMBV z modułem SMBV-K6 jest dołączany do referencyjnego urządzenia odpytującego poprzez sprzężenie pojemnościowe.

Drugie wyprowadzenie anteny - do masy poprzez dzielnik rezystancyjny, z którego środka sygnał jest wprowadzany na wejście oscyloskopu cyfrowego (RTO z modułem RTO-K11) oraz opcjonalnego analizatora (np. FSL). Wszystkie przyrządy są sterowane przez sieć LAN z komputera PC, na którym działa oprogramowanie FS-K112.

Oprogramowanie FS-K112PC

Rys. 4. Ekran oprogramowania FS-K112PC w trakcie testowania urządzenia nasłuchującego zawiera m.in. informacje o modulacji obciążenia oraz czasy opóźnień ramek

W celu wyposażenia kompletnego stanowiska do testowania urządzeń NFC potrzebne będą: oscyloskop, generator sygnałów i komputer PC oraz opcjonalnie, analizator widma. Sprawna analiza komunikacji NFC nie byłaby możliwa bez nowego pakietu Rohde & Schwarz FS-K112PC NFC Measurement Software.

Jest to łatwe w użyciu oprogramowanie do wykonywania w pełni zautomatyzowanych pomiarów. By rozpocząć badania, wystarczy jedynie skonfigurować kilka wstępnych ustawień. W wypadku testowania urządzeń pracujących na standardowej częstotliwości 13,56 MHz wystarczy nacisnąć jeden przycisk, aby wskazać rodzaj zastosowanej anteny oraz rozpocząć wybrany rodzaj pomiarów.

Wszystkie pozostałe ustawienia wprowadzane są automatycznie. Ponadto, dla każdego z pomiarów można niezależnie wybrać: częstotliwość, czasy trwania rejestracji i analizy oraz sposoby wyzwalania. Możliwość wyboru analizowanego trybu NFC (NFC-A, NFC-B lub NFC-F) dodatkowo upraszcza badania urządzeń, które pracują we wszystkich tych trybach.

Oprogramowanie automatycznie dobiera limity dla generowanych sygnałów w zależności od wybranego lub wykrytego trybu NFC. Dzięki temu użytkownik nie musi dokładnie znać specyfikacji standardu. Zgodność testowanego urządzenia z wymaganiami jest wyraźnie zaznaczana w podsumowaniu wyników.

Użytkownik może też samodzielnie skonfigurować sposób wyświetlenia rezultatów pomiarów. Może swobodnie rozmieścić poszczególne okienka, dopasowując je do indywidualnych wymagań lub aktualnie przeprowadzanych pomiarów. W wypadku testowania urządzenia odpytującego, FS-K112PC pokazuje: