非接觸IC卡芯片的低成本測試
文章出處:http://m.overnightmodel.com 作者:中國一卡通網(wǎng) 收編 人氣: 發(fā)表時間:2011年09月27日
1.非接觸IC卡的種類及國際標(biāo)準(zhǔn)
根據(jù)讀卡機與IC卡的作用距離,可以將非接觸IC卡分成以下四類(見圖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三種類型(其中C型未定)。表1-1對A型和B型從讀卡機到IC卡和IC卡到讀卡機兩方面對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,讀卡機對卡片發(fā)送一個載波頻率為13.56MHz+/-7KHz的射頻信號,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信號波形的比較。對ASK信號,它是以正弦波幅度的高低(a或b)來定義其每個數(shù)據(jù)周期的邏輯“0”或“1”,同時,我們定義調(diào)制深度M=(a-b)/(a+b);對BPSK返回信號,我們以每個數(shù)據(jù)周期的起始電平高低來判斷邏輯“0”或“1”,所以對于“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卡芯片及其測試要求
從IC測試要求來看,非接觸IC卡芯片可以分為兩部分(見圖2-1):RF部分和邏輯部分。其中,邏輯部分由內(nèi)嵌CPU/MCU加上存儲器(一般來說是非易失性的EEPROM等)組成的,與普通的SoC芯片測試沒有什么不同;RF部分由射頻天線端子,射頻信號發(fā)生電路,解調(diào)電路,RF接口電路等組成。除了普通的SoC芯片測試項目外,還有通過天線端子接受/識別來自外界的射頻信號,并進行反饋的RF通訊測試。
表2-1列舉了非接觸IC卡芯片在設(shè)計評價和量產(chǎn)中通常要進行的測試項目。其中有些測試項目是普通的SoC測試項目,使用的測試方法是使用
ATE(在實際測試中使用的是ADVANTEST的T6000測試系統(tǒng))的DdCp和DC/AC測試單元;而對于余下的幾個測試項目,包括Vcc整流電壓,通訊實驗等都要用到RFID模塊(RFID測試應(yīng)用模塊)。通過RFID模塊,結(jié)合T6000測試系統(tǒng)的數(shù)字測試功能,來實現(xiàn)低成本的測試要求。RFID Module是整個測試解決方案的核心。
對于設(shè)計評價測試,要求測試儀能發(fā)射/識別IS014443類型—B規(guī)定的各種信號(ASK/BPSK),實現(xiàn)其RF的通訊功能。
另外,對于大規(guī)模量產(chǎn)時,需要解決的低成本地實現(xiàn)多芯片同測,并且要盡可能地避免芯片與芯片之間的干擾問題。
3 非接觸IC卡芯片整體的測試解決方案
圖3-1是非接觸IC卡芯片測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試儀,RFID模塊和待測芯片。下半部分,為IC卡測試模塊及測試儀的照片。具體的工作原理如下:
通過集成電路測試系統(tǒng)的數(shù)字信號測試部分的數(shù)字信號驅(qū)動器產(chǎn)生一個數(shù)字信號,通過ASK信號發(fā)生器的濾波電路將該數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成相同頻率和幅值的正弦波信號;再通過放大電路放大成為所需要幅值的正弦波信號(符合IS014443-B型),給待測芯片,與此同時放大電路的后端(經(jīng)放大的信號)連接到監(jiān)控器,它的作用是對即將發(fā)送給芯片天線的射頻信號的電壓峰—峰值和調(diào)制精度進行校正;正常情況下,芯片的BPSK返回信號通過RFID模塊內(nèi)部進行檢波,放大并進一步送給解調(diào)電路解碼,最后解調(diào)電路將解調(diào)出的數(shù)字碼返回數(shù)字信號測試部分的數(shù)字信號比較器,與事先保存好的標(biāo)準(zhǔn)碼比較,看是否相同,以此來確定芯片的返回信號是否正確。
這種測試方法的優(yōu)點主要有三個方面。首先,與普通的測試方法要求IC測試儀需要比較昂貴的混合信號測試部件來發(fā)送幟別RF信號相比,該解決方案只需要ATE有一般的數(shù)字電路的測試功能而不必過多占用測試儀的其它測試資源;另外,測試的整個過程和信號處理(包括模擬信號的處理)幾乎都是通過RF模塊在高速的狀態(tài)下進行;所以測試時間與使用混合信號測試部件相比大大減少。最后,使用的RF模塊直接搭載在測試電路板上,與測試儀本體完全分離,可以方便靈活的拆裝,在多芯片同測時,只要使用多個RF模塊即可。
圖3-2是使用上述測試方法,對非接觸IC卡芯片進行通訊測試所采集的ASK波形。圖3-3是非接觸IC卡芯片對芯片的BPSK返回信號。
在大規(guī)模量產(chǎn)測試時,可以針對不同的情況采用兩種方法實現(xiàn)多芯片同測:
(1)如果同測的所有DIE的返回信號周期偏移在1個ETU(一個數(shù)據(jù)單元,1ETU=16周期)內(nèi),測試系統(tǒng)就可以對接收的非同期信號進行識別、接收到全部的被測芯片的返回信號之后進行同期判定。另外,我們使用T6000系列測試系統(tǒng)的MATCH功能來識別返回信號的起始位置。
(2)在實際的測試過程中,我們發(fā)現(xiàn):使用RF模塊進行通信試驗、由于發(fā)送信號的調(diào)制及接受信號的解調(diào)全部在高速的模擬信號狀態(tài)下進行、所要測試時間非常短。一般來說,通信測試所占的測試時間很短,大約占完成整個測試流程所需時間的1%左右。因此完全可以以順序單測的方式來進行測試,而不會因此過多增加測試時間。
另外,對沒有專用測試端子而僅通過2個射頻天線端子對芯片內(nèi)部EEPROM進行測試而言,由于芯片內(nèi)部對外加信號的反應(yīng)時間不盡相同,造成芯片與芯片之間的返回的非同步性,我們采取同時將所有采集到的返回碼存儲于測試儀的存儲器中,再通過軟件計算的方法來對多芯片實現(xiàn)同測。
對于射頻信號中容易出現(xiàn)的芯片與芯片之間串?dāng)_的問題,我們主要通過在探針卡上使用同軸屏蔽線做射頻天線等方法,來盡可能減少串?dāng)_對良品率的影響。
圖3-4是該解決方案在實際量產(chǎn)中已經(jīng)使用的配套設(shè)備,包括專用的測試板,探針卡/臺,晶圓映射圖等。
4. 總結(jié)
在我國,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)幾個經(jīng)濟發(fā)達城市,在公交,醫(yī)療保險等行業(yè)進行了試點,取得了良好的效果。隨著國家“金卡工程”的不斷深入,以及居民身份證使用非接觸式IC卡,必將大大推動非接觸式IC卡在中國的普及。
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。對于成本的降低來說,主要有兩個方面的途徑,一是顯著地改進生產(chǎn)工藝;第二就是降低其它方面的耗費,其中比較重要的就是關(guān)系到最終成品質(zhì)量的芯片測試。對于非接觸式IC卡的芯片來說,由于有射頻電路的存在,它就不可能是純數(shù)字電路測試。我們可以使用混合信號的測試儀來測試,但是無論從測試本身的硬件損耗還是測試時間來說,都是不經(jīng)濟的。
本文中介紹的非接觸式IC卡芯片的測試解決方案,使用即插即用的RFID Module,加上測試系統(tǒng)本身的一些AC/DC測試功能作為輔助驗證就可以
實現(xiàn)完整的RFID芯片的測試,真正地實現(xiàn)了低成本測試。
以下是RFID Module的一些基本的性能參數(shù):
-載波信號頻率:13.56MHz
-載波信號振幅:O-30Vpp
-調(diào)制深度:5%-100%
-負(fù)載調(diào)制方式:BPSK