非接觸IC卡芯片的低成本測試

文章出處：http://www.fang1.net 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卡的種類及國際標準 

    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，與事先保存好的標準碼比較，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擾的問題，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，來盡可能減少串擾對良品率的影響。 

    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％
    -負載調(diào)制方式：BPSK