無線測試工程師知識點(diǎn)分享：CE和FCC認(rèn)證中針對NFC頻段的射頻測試要求
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目前手機(jī)支付的主流方式為NFC與RFID。其中以NFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)移動支付的模式正得到越來越多的認(rèn)可。并且，我國相關(guān)部門、企業(yè)正在加速研究利用NFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)手機(jī)支付，幫助中國手機(jī)用戶實(shí)現(xiàn)手機(jī)支付的夢想。中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會基于13.56MHz的NFC技術(shù)接口和協(xié)議已經(jīng)草擬完成，正在報批過程中。而工信部與中國人民銀行也將成立聯(lián)合工作組，盡快統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，確定Zui終采用何種移動支付方式。
NFC英文全稱Near FieldCommunication，近距離無線通信。是由飛利浦公司發(fā)起，由諾基亞、索尼等廠商聯(lián)合主推的一項(xiàng)無線技術(shù)。NFC由非接觸式射頻識別(RFID)及互聯(lián)互通技術(shù)整合演變而來,在單一芯片上結(jié)合感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)式卡片和點(diǎn)對點(diǎn)的功能，能在短距離內(nèi)與兼容設(shè)備進(jìn)行識別和數(shù)據(jù)交換。這項(xiàng)技術(shù)Zui初只是RFID技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的簡單合并，現(xiàn)在已經(jīng)演變成一種短距離無線通信技術(shù)，發(fā)展態(tài)勢相當(dāng)迅速。現(xiàn)已有多個廠商推出了支持NFC技術(shù)的手機(jī)產(chǎn)品。
與RFID不同的是，NFC具有雙向連接和識別的特點(diǎn)，工作于13.56MHz頻率范圍，作用距離10厘米左右。NFC技術(shù)在ISO18092、ECMA340和ETSI TS 102 190框架下推動標(biāo)準(zhǔn)化，同時也兼容應(yīng)用廣泛的ISO14443Type-A、B以及Felica標(biāo)準(zhǔn)非接觸式智能卡的基礎(chǔ)架構(gòu)。NFC芯片裝在手機(jī)上，手機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)小額電子支付和讀取其他NFC設(shè)備或標(biāo)簽的信息。NFC的短距離交互大大簡化整個認(rèn)證識別過程，使電子設(shè)備間互相訪問更直接、更安全和更清楚。通過NFC，電腦、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)、PDA等多個設(shè)備之間可以方便快捷地進(jìn)行無線連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和服務(wù)。
下面將主要針對手機(jī)中的NFC功能的CE及FCC這兩大認(rèn)證進(jìn)行一個詳細(xì)的介紹。關(guān)于NFC的認(rèn)證，CE標(biāo)準(zhǔn)為ETSI EN 300330-1及ETSI EN 300 330-2。而FCC認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)為FCC PART 15C。
一．CE認(rèn)證中針對NFC頻段的射頻測試要求
在CE認(rèn)證所涉及到的射頻標(biāo)準(zhǔn)主要是EN 300330。這個標(biāo)準(zhǔn)是針對工作在9KHz到25MHz的射頻設(shè)備及頻率范圍為9KHz到30MHz的感應(yīng)回路系統(tǒng)即短距離無線設(shè)備。下面將對EN300330中所需要涉及到的測試項(xiàng)進(jìn)行介紹。CE的測試基本上都是從發(fā)射機(jī)及接收機(jī)這兩部分來進(jìn)行描述的。
1. 發(fā)射機(jī)部分：
1）Permitted range of operatingfre（允許的工作頻率范圍）
允許的工作頻率范圍是指設(shè)備被授權(quán)工作的頻率范圍。其范圍要求為9 kHz到30 MHz。
測量設(shè)置可用圖1所示的方法進(jìn)行。如果EUT的信號可以有一個及以上的調(diào)制方案，則其每一個調(diào)制方案和調(diào)制參數(shù)都必需進(jìn)行設(shè)置及測試，并且它工作的Zui大和Zui小的頻率都應(yīng)分別測試出并且記錄。
2) Limits for transmitters in the range from 9 kHz to 30MHz（在頻率范圍為9 kHz到 30 MHz的發(fā)射機(jī)限值）
這項(xiàng)測試有兩項(xiàng)內(nèi)容。一項(xiàng)是Zui大輻射場強(qiáng)度（H-場）。另一項(xiàng)是射頻載波電流。
2.1Zui大輻射場強(qiáng)度（H-場）
在發(fā)射機(jī)天線為整體化天線或?qū)Ｓ锰炀€的情況下，在特定測試條件下測試出其在Zui大場強(qiáng)方向下的輻射強(qiáng)度（H-場）。
H-場發(fā)射機(jī)的輻射強(qiáng)度測量需要在一個開放的測試現(xiàn)場進(jìn)行。在H-場的測試要求下設(shè)備應(yīng)該在標(biāo)準(zhǔn)距離為10米的間隔下進(jìn)行測試。H-場的測試是由一個連接閉環(huán)回路天線的接收機(jī)進(jìn)行測試。測量帶寬和接收機(jī)檢波類型需要符合下表的規(guī)定。
測試限值如下：
圖2：工作在6.78MHz和13,56 MHz條件下的RFID和EAS設(shè)備的頻率包絡(luò)圖
2.2 射頻載波電流
由于這項(xiàng)測試僅適用于第三類產(chǎn)品。所以并不適合手機(jī)的NFC功能，故而省略。
3) Limits for the permitted range of modationbandwidth（允許的調(diào)制帶寬限值）
調(diào)制帶寬所允許的范圍必需符合供應(yīng)商的規(guī)定。調(diào)制帶寬的頻率范圍包含了以下兩種情況的相關(guān)邊帶：
1） 載波頻率小于135KHz:低于載波功率23DB處為其邊帶。
2） 載波頻率為135KHz到30MHz：低于載波功率15DB處為其邊帶。
由于NFC的工作頻率為13.56MHz，所以其邊帶選擇需要按照第二種方式進(jìn)行。
測試時，除非設(shè)備有一個固定的構(gòu)成一個整體所必需的天線，否則應(yīng)當(dāng)使用一個假天線來模擬它的天線進(jìn)行測試。該設(shè)備的射頻輸出應(yīng)通過一個50Ω可變衰減器連接到頻譜分析儀。（衰減器的作用是防止信號功率過大對頻譜分析儀會產(chǎn)生損壞，由于NFC功率很低，所以也可以不用連接衰減器來進(jìn)行保護(hù)）。測試狀態(tài)中發(fā)射機(jī)應(yīng)當(dāng)工作在正常的功率或場強(qiáng)下。并且應(yīng)該在正常條件及極端條件下分別測試。
由于NFC工作頻率是13.56MHz所以其調(diào)制帶寬限值為13,553MHz到13,567MHz，或者是它的載波頻率的±7.5%即12.543MHz到14.577MHz。兩者中取其較小者，所以NFC的允許的調(diào)制帶寬限值為13,553MHz到13,567MHz。
4) Transmitter spurious and out-of-bandemissions（輻射雜散及其帶外騷擾）
測試分為兩種方法，一種是傳導(dǎo)測試方法，另外一種是空間輻射測試方法。傳導(dǎo)測試方法僅適用于第三類產(chǎn)品。所以并不適合手機(jī)的NFC功能測試，而空間輻射方法適用于任何類別產(chǎn)品?？臻g輻射的磁場強(qiáng)度測試需在10米的開放場進(jìn)行。測試使用一個標(biāo)準(zhǔn)的閉合磁場天線進(jìn)行。
測試限值如下表所示：
5) Effective radiated power（有效輻射功率）
有效輻射功率測試適用于全部產(chǎn)品類別。測試頻率范圍為30MHz-1GHz，測試是在全電波暗室進(jìn)行，通過360°旋轉(zhuǎn)樣品來尋找它的Zui大功率值，并且記錄下來，測試環(huán)境如下圖所示：
2.接收機(jī)部分
1)Adjacent channel selectivity - inband（帶內(nèi)鄰近信道選擇性）
此項(xiàng)測試僅適用于接收機(jī)為安全型短距離傳輸設(shè)備即系統(tǒng)的故障可能會導(dǎo)致個人的生理方面的風(fēng)險。而NFC是傳播功能型的短距離傳輸設(shè)備也就是說當(dāng)一個運(yùn)行程序不正常而導(dǎo)致它的功能喪失，但不會構(gòu)成安全隱患。
2)Blocking or desensitization（接收機(jī)信號的抗干擾）
此項(xiàng)測試適用于安全型及傳播功能型的短距離傳輸設(shè)備，但是這一要求并不適用于標(biāo)簽系統(tǒng)（如射頻識別，防盜竊，訪問控制，定位系統(tǒng)）。而NFC功能正是屬于射頻識別系統(tǒng)。所以這項(xiàng)測試也是不適用的。
雜散是指從天線、機(jī)箱和接收機(jī)輻射出的騷擾。這項(xiàng)測試不適用于接收機(jī)同一個在3米內(nèi)永遠(yuǎn)處于持續(xù)發(fā)射狀態(tài)的發(fā)射機(jī)相連的這種情況。因?yàn)槿羧绱四敲礈y試將會和處于工作狀態(tài)的發(fā)射機(jī)一起進(jìn)行，而這種情況其實(shí)已經(jīng)在前面即發(fā)射機(jī)的雜散已經(jīng)測試過了，所以無需重復(fù)測試。
接收機(jī)的雜散測試按頻率可分為30MHz以下及30MHz以上兩種情況來進(jìn)行測試。
測試限值：
30MHz以下的測試值在10米的測試距離處不能超過下表的H-場值。
30MHz以上的限值見下表：
以上就是帶NFC功能的手持移動設(shè)備欲通過歐盟認(rèn)證所涉及到的需要測試內(nèi)容。
而關(guān)于NFC的FCC認(rèn)證其所涉及到的測試標(biāo)準(zhǔn)是47 CFR Part 15中的15C即有意輻射體的規(guī)范要求。
測試項(xiàng)目如下表：
1. Conducted Emission（傳導(dǎo)騷擾）
測試限值：
注 1、在0.15MHz~0.5MHz頻率范圍內(nèi)，限值隨頻率的對數(shù)增加而線性減少。
2、如果用準(zhǔn)峰值檢波器測得的值不大于用平均值測量所規(guī)定的限值，則認(rèn)為用平均值檢波器測量也能滿足限值的要求。
測試設(shè)置如下圖所示：
2. Radiated Emission（輻射騷擾）
輻射騷擾按頻率范圍可以劃分為：
1）測試頻率<30MHz (9KHz-30MHz, H-field)的測試。測試依據(jù)FCC第15.225章節(jié)，測試過程需要讓EUT處在一個Zui大的發(fā)射狀態(tài)。測試距離為10米，使用一個距離地面1米的閉合環(huán)形天線來進(jìn)行接收，測試帶寬設(shè)為10KHz。
2） 測試頻率>30MHz (30MHz-1GHz, E-field)的測試。
測試限值：
測試設(shè)置如下圖所示：
根據(jù)FCC第15.225章節(jié)要求，被測設(shè)備的工作頻率許可范圍是13.553MHz~13.567MHz,在環(huán)境溫度為-20°C到+50°C的測試條件下載波頻率允許的波動范圍為0.01%。如果設(shè)備未做申明它的極限工作電壓，那么它的極限工作電壓按照它的正常工作電壓的85％和115％來進(jìn)行。
測試設(shè)置如下圖所示：
4. 20dB Bandwidth(20dB帶寬)
根據(jù)FCC第15.215章節(jié)要求，需要測量設(shè)備的20dB帶寬，此帶寬需在法規(guī)里規(guī)定的頻段范圍內(nèi)。
測試設(shè)置如下圖所示：
第三方檢測認(rèn)證服務(wù)，電子電器安規(guī)EMC檢測，材料有害物質(zhì)RoHS檢測，產(chǎn)品包裝運(yùn)輸可靠性測試
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