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射頻卡綜合頻率測試方法和實現(xiàn)該方法的測試儀的制作方法

文檔序號:5964171閱讀:475來源:國知局
專利名稱:射頻卡綜合頻率測試方法和實現(xiàn)該方法的測試儀的制作方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種射頻卡頻率測試方法和測試設備技術領域,確切地說是一種射頻卡綜合頻率測試方法和測試儀。
背景技術
射頻卡又稱非接觸式IC卡,由IC芯片、感應天線組成,封裝在一個標準的PVC卡片內(nèi),芯片及天線無任何外露部分。隨著技術的發(fā)展,射頻卡在我們生活和工作中的應用越來越廣泛,如身份證、公交卡、門禁卡、購物卡、電子錢包和列車票等等。由于它的應用前景廣闊,需求量巨大,但市場上流通的卡片的質(zhì)量參差不齊,卡片的參數(shù)也不盡相同,甚至同一家廠家生產(chǎn)的不同批次的卡,它的離散性也非常大。為了保證質(zhì)量,射頻卡的生產(chǎn)廠家需要抽檢或者全檢所生產(chǎn)的射頻卡,因此他們迫切的需要一種在不破壞卡片的情況下,能準確檢測出卡片參數(shù)的儀器設備。目前,市場上有一種手動測試頻率的設備,它的主要原理是利用頻譜儀作為信號的激勵源和顯示設備,外接高頻卡和低頻卡對應的激勵放大電路,通過手動調(diào)整激勵源的頻率,使信號源的頻率與射頻卡的固有頻率一致,達到諧振狀態(tài),這時,讀出頻譜儀上的頻率,就是射頻卡的頻率值。這種方法,從理論上講,是可以準確的測出射頻卡的頻率。但是它的缺陷也顯而易見。它的價格非常昂貴,實際測試的準確性受到激勵放大電路的制約,無法發(fā)揮頻譜儀的優(yōu)點,最重要的是它操作復雜,效率低下,當大批量的卡需要測試時,它是無法勝任的。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術缺陷問題,本發(fā)明提供一種智能化的的頻率測試方法,能準確無損的檢測射頻卡的頻率、電感、電容和品質(zhì)因素(Q值),能為射頻卡廠家提高產(chǎn)品的合格率與質(zhì)量提供巨大的幫助,同時也能幫助射頻卡用戶檢測所購買的射頻卡質(zhì)量的好壞。本發(fā)明采用的技術方案如下一種射頻卡綜合頻率測試方法,該方法包括動態(tài)可控的掃頻信號源依次掃描覆蓋射頻卡頻率的頻段,所述掃頻信號源經(jīng)過諧波處理、信號放大和信號幅值處理后,通過諧振天線線圈發(fā)射,當射頻卡放置在諧振天線線圈附近時,在所述掃頻信號源與該射頻卡的固有頻率一致時,二者產(chǎn)生的諧振信號疊加到諧振天線線圈上,再通過檢波電路,檢測出峰值諧振點,以此作為中斷信號,并由等精度測量法,測量出掃頻信號源此時刻的頻率值,該頻率值等同于射頻卡的固有頻率值。進一步,所述的諧波處理是采用帶通濾波電路處理,所述的信號放大處理是采用低噪聲放大電路處理,所述的信號幅值處理是采用自動增益控制電路處理,當掃頻信號在受諧振頻率不同而變化時,該自動增益控制電路將掃頻信號幅值進行一致性處理。進一步,所述的掃頻信號源是采用直接數(shù)字頻率合成器產(chǎn)生或是采用可編程門陣列程序進行直接數(shù)字頻率合成。進一步,所述的自動增益控制電路是由電平檢測器、低通濾波器、直流放大器、電壓比較器、控制電壓產(chǎn)生器和可控增益放大器組成。為了解決手動測試頻率的設備價格昂貴、操作復雜、效率低下的技術缺陷,本發(fā)明還提供一種射頻卡綜合頻率測試儀,所述頻率測試儀主要是由掃頻信號源發(fā)生控制電路、掃頻信號處理電路、信號發(fā)射電路、諧振檢波電路、幅值測量電路和頻率計數(shù)電路組成;所述掃頻信號源發(fā)生控制電路產(chǎn)生掃頻信號源;所述掃頻信號處理電路處理掃頻信號源;所述信號發(fā)射電路將處理后的掃頻信號源持續(xù)發(fā)射出去;所述諧振檢波電路檢測出信號發(fā)射電路發(fā)射的掃頻信號與射頻卡頻率的諧振信號的峰值諧振點;所述幅值測量電路和頻率計數(shù)電路測量出峰值諧振點的頻率值。進一步,所述掃頻信號源發(fā)生控制電路是采用數(shù)字直接頻率合成方式,該數(shù)字直接頻率合成以單片機和現(xiàn)場可編程門陣列為控制核心,利用現(xiàn)場可編程門陣列中的N位地址存儲相應的正弦表值,通過改變頻率控制字K,尋址相位累加器中的波形數(shù)據(jù),產(chǎn)生所需頻率的正弦信號fo=fc *K/2N,或者所述掃頻信號源是由數(shù)字頻率合成器產(chǎn)生。進一步,所述掃頻信號處理電路是由帶通濾波電路、信號放大電路和自動增益控制電路組成。進一步,所述自動增益控制電路是由電平檢測器、低通濾波器、直流放大器、電壓比較器、控制電壓產(chǎn)生器和可控增益放大器組成。進一步,所述的幅值測量電路為一個由二極管電路和電壓跟隨器組成的峰值檢波電路。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果在于1、本發(fā)明技術方案所提供的掃頻信號源是由數(shù)字直接頻率合成得來的,由單片機控制信號頻率和幅度,實現(xiàn)動態(tài)可控,能夠快速檢測出射頻卡頻率。2、本發(fā)明提供的射頻卡綜合頻率測試儀的價格低,其精度高,準確性好,且智能化,易于操作。下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。


圖1為本發(fā)明射頻卡綜合頻率測試儀的系統(tǒng)結構框圖;圖2為本發(fā)明數(shù)字直接頻率合成原理框圖;圖3是本發(fā)明自動增益控制電路的組成框圖;圖4是本發(fā)明峰值檢波電路原理圖。圖5是本發(fā)明等精度測量 圖6是本發(fā)明等精度測量簡化
具體實施例方式本發(fā)明提供一種射頻卡綜合頻率測試方法,該方法包括動態(tài)可控的掃頻信號源依次掃描覆蓋射頻卡頻率的頻段,所述掃頻信號源經(jīng)過諧波處理、信號放大和信號幅值處理后,通過諧振天線線圈發(fā)射,當射頻卡放置在諧振天線線圈附近時,在所述掃頻信號源與該射頻卡的固有頻率一致時,二者產(chǎn)生的諧振信號疊加到諧振天線線圈上,再通過檢波電路,檢測出峰值諧振點,并以此作為中斷信號,并由等精度測量法,測量出掃頻信號源此時刻的頻率值,該頻率值等同于射頻卡的固有頻率值;所述的諧波處理是采用帶通濾波電路處理,所述的信號放大處理是采用低噪聲放大電路處理,所述的信號幅值處理是采用自動增益控制電路處理,當掃頻信號在受諧振頻率不同而變化時,該自動增益控制電路將掃頻信號幅值進行一致性處理;所述的掃頻信號源是采用直接數(shù)字頻率合成器產(chǎn)生或是采用可編程門陣列程序進行直接數(shù)字頻率合成;所述的自動增益控制電路是由電平檢測器、低通濾波器、直流放大器、電壓比較器、控制電壓產(chǎn)生器和可控增益放大器組成。如圖1所示,本發(fā)明還提供一種射頻卡綜合頻率測試儀,該頻率測試儀是由掃頻信號源發(fā)生控制電路、掃頻信號處理電路、信號發(fā)射電路、諧振檢波電路、幅值測量電路和頻率計數(shù)電路組成;所述掃頻信號源發(fā)生控制電路產(chǎn)生掃頻信號源;所述掃頻信號處理電路處理掃頻信號源;所述信號發(fā)射電路將處理后的掃頻信號源持續(xù)發(fā)射出去;所述諧振檢波電路檢測出信號發(fā)射電路發(fā)射的掃頻信號與射頻卡頻率的諧振信號的峰值諧振點;所述幅值測量電路和頻率計數(shù)電路測量出峰值諧振點的頻率值。所述掃頻信號源發(fā)生控制電路是采用數(shù)字直接頻率合成方式,該數(shù)字直接頻率合成以單片機和現(xiàn)場可編程門陣列為控制核心,利用現(xiàn)場可編程門陣列中的N位地址存儲相應的正弦表值,通過改變頻率控制字K,尋址相位累加器中的波形數(shù)據(jù),產(chǎn)生所需頻率的正弦信號fo=fc *K/2N,或者所述掃頻信號源是由數(shù)字頻率合成器AD9850芯片產(chǎn)生;所述掃頻信號處理電路是由帶通濾波電路、信號放大電路和自動增益控制電路組成。所述自動增益控制電路是由電平檢測器、低通濾波器、直流放大器、電壓比較器、控制電壓產(chǎn)生器、可控增益放大器組成。所述的幅值測量電路為一個由二極管電路和電壓跟隨器組成的峰值檢波電路。所述的頻率計數(shù)電路采用等精度頻率測量法,此種測量法測量精度保持恒定,不隨所測信號的變化而變化。在快速測量的要求下,要保證較高精度的測頻,必須采用較高的標準頻率信號。單片機受本身時鐘頻率和若干指令運算的限制,測頻速度較慢,無法滿足高速、高精度的測頻要求;而采用高集成度、高速的現(xiàn)場可編程門陣列FPGA為實現(xiàn)高速、高精度的測頻提供了保證。由于系統(tǒng)掃頻信號源是在短期內(nèi)(I秒)掃過一個較寬的頻段(IOOKHz — 200KHz和IOMHz — 20MHz),且頻率較高,所以周期法和直接測頻法是不 合適的。在此,本儀器選擇了等精度測量法,來保證最終測量結果的準確性。如圖2所示,為了無損傷檢測射頻卡的頻率、Q值、電容和電感等參數(shù),本發(fā)明運用數(shù)字直接頻率合成(以下簡稱DDS)和鎖相環(huán)(以下簡稱PLL)技術,采用高性能的A/D轉(zhuǎn)換器,以FPGA和ARM (為一種性能高、成本低和能耗省的微處理器,簡稱ARM)為控制與處理模ik,研究設計了集低頻頻段(80ΚΗζ-200ΚΗζ )和高頻頻段(IOMHz — 20MHz )于一體的綜合頻率測試儀。該測試儀通過可控的掃頻信號源掃過覆蓋高低頻射頻卡頻率的區(qū)域,輸出的掃頻信號通過帶通濾波電路、低噪聲放大電路和自動增益控制電路后,由諧振天線線圈發(fā)射出去,當射頻卡放到發(fā)射天線線圈附近,掃頻的信號源掃描到與射頻卡的固有頻率一致時,二者產(chǎn)生諧振,諧振信號疊加到發(fā)射天線線圈上,通過檢波電路,檢測出諧振點,并以此作為中斷信號,中止掃頻信號源的步進,并由等精度測量法,測量出掃頻信號源此時刻的頻率值,該值可認為等同于射頻卡的固有頻率值。另外,由于不同Q值的射頻卡在諧振時,產(chǎn)生的諧振波形幅值是不一樣的,也即其諧振帶帶寬不一致,通過檢測出諧振帶寬和諧振頻點,就可以計算出射頻卡線圈的Q值。其中,本發(fā)明信號源設計方案中采用數(shù)字直接頻率合成器(DDS),DDS以單片機和FPGA為控制核心,利用FPGA中的N位地址存儲相應的正弦表值,通過改變頻率控制字K,尋址相位累加器中的波形數(shù)據(jù),以產(chǎn)生所需頻率的正弦信號fo=fc *K/2N,如圖2所示。該方案頻率比較穩(wěn)定,抗干擾能力強。DDS掃頻信號源產(chǎn)生一定范圍的掃頻信號時,信號的幅度會隨著頻率的升高而減小,而為了檢測卡的Q值時,是需要掃頻信號幅度的變化量盡量小,甚至固定不變,這就要求掃頻信號必須經(jīng)過一定的自動增益控制,使其保持一個穩(wěn)定的幅度,不隨頻率的改變而變化。如圖3所示,自動增益控制電路可以看成由反饋控制器和(控制)對象兩部分組成,其中反饋控制器由電平檢測器、低通濾波器、直流放大器、電壓比較器和控制電壓產(chǎn)生器組成,被控對象是可控增益放大器??煽卦鲆娣糯笃鞯妮斎胄盘柧褪茿GC電路的輸入信號Ui=UimCos cot,其輸出信號U0=U0111Cos ω t,其增益為4 =Jf1-1'爾增益Au受控制電壓U。的控制,控制電壓U。是由電壓比較器產(chǎn)生的誤差電壓Ue經(jīng)控制電壓產(chǎn)生器變換后得到的。也可以直接用誤差電壓U6控制可控增益放大器的增益。由圖3可以看出,自動增益控制電路是一個反饋控制系統(tǒng),其工作過程如下(I)當輸入信號Ui較小時,輸出信號U。的幅度U·也較小,經(jīng)電平檢測器、低通濾波器、直流放大器的輸出信號加到電壓比較器上的電壓u+也比較小。在許多實際應用場合,往往規(guī)定U+必須大于或等于Up而當U+ < U1^時,U+不能改變比較器的輸出電壓,也就不可能產(chǎn)生控制電壓U。去控制可控增益放大器的增益,相當于此時自動增益控制環(huán)路不工作。也就是說,當U+ < Ur時,U6 = U。= O,在這種情況下,Ur稱為比較器的門限電壓。(2)當輸入信號Ui振幅增大使輸出信號的振幅增大時,相應的直流放大器輸出電壓U+也增大,當U+大于或等于基準電壓,即當U+> 時,比較器的輸出誤差電壓U6將改變,控制電壓U。將隨之改變,并控制可控增益放大器的增益,此時環(huán)路啟動,可控增益放大器的增益隨輸出信號的增大而降低 ,從而使輸出信號減??;反之,當輸入電壓Ui減小使輸出電壓U0減小時,環(huán)路產(chǎn)生的控制信號U。將使可控增益放大器的增益Au增加。可見,通過環(huán)路的控制作用,無論輸入電壓Ui增加或減小,輸出信號電平U。僅在較小的范圍內(nèi)變化,從而保持在輸入信號變化的情況下輸出信號基本穩(wěn)定,達到自動增益控制(AGC)或自動電平控制(ALC)的目的。本發(fā)明在幅值測量方案的設計中,針對高低頻段不用的特點采用峰值檢波法,如圖4所示,用二極管電路和電壓跟隨器組成的峰值檢波電路。此電路能夠檢測的信號頻率范圍很寬,被測信號頻率低時檢波的紋波較大,通過增加小電容和大電容并聯(lián)構成的電容池可以濾除紋波,但二極管的管壓降必然會帶來一定誤差。解決辦法是在此電路中的二極管使用高頻二極管,就可大大提高測量范圍的頻率上限,但是此電路只適合于測量中高頻率段的信號。因此它用來檢測IOM — 20MHz頻段內(nèi)的信號幅值。對于低頻頻段,則采用真有效值芯片AD637檢測。所謂“真正有效值”亦稱真均方根值。交流電壓有效值定義為VRMS=(U2) 1/2,借助TRMS/DC轉(zhuǎn)換器對輸入電壓進行“平方一取平均值一開平方”運算,就能獲得交流電壓的有效值。在輸入有效值為IV時1%誤差的帶寬可達到200KHZ。頻率計數(shù)方案的設計中,由于系統(tǒng)掃頻信號源是在短期內(nèi)(I秒)掃過一個較寬的頻段(IOOKHz — 200KHz和IOMHz — 20MHz),且頻率較高,所以本測試儀選擇了等精度測量法,來保證最終測量結果的準確性。等精度測頻方法是在直接測頻方法的基礎上發(fā)展起來的。它的閘門時間不是固定的值,而是被測信號周期的整數(shù)倍,即與被測信號同步,因此,避除了對被測信號計數(shù)所產(chǎn)生±1個字誤差,并且達到了在整個測試頻段的等精度測量。其測頻原理如圖2所示。在測量過程中,有兩個計數(shù)器分別對標準信號和被測信號同時計數(shù)。首先給出閘門開啟信號(預置閘門上升沿),此時計數(shù)器并不開始計數(shù),而是等到被測信號的上升沿到來時,計數(shù)器才真正開始計數(shù)。然后預置閘門關閉信號(下降沿)到時,計數(shù)器并不立即停止計數(shù),而是等到被測信號的上升沿到來時才結束計數(shù),完成一次測量過程。由圖5可以看出,實際閘門時間t與預置閘門時間tl并不嚴格相等,但差值不超過被測信號的一個周期。等精度測頻的實現(xiàn)方法可簡化為圖6所示。CNTl和CNT2是兩個可控計數(shù)器,標準頻率信號從CNTl的時鐘輸入端CLK輸入;經(jīng)整形后的被測信號從CNT2的時鐘輸入端CLK輸入。當預置門控信號為高電平時,經(jīng)整形后的被測信號的上升沿通過D觸發(fā)器的Q端同時啟動CNTl和CNT2。CNTUCNT2同時對標準頻率信號和經(jīng)整形后的被測信號進行計數(shù),分別為NS與NX。當預置門信號為低電平的時候,后而來的被測信號的上升沿將使兩個計數(shù)器同時關閉,所測得的頻率為(FS/NS)*NX。則等精度測量方法測量精度與預置門寬度的標準頻率有關,與被測信號的頻率無關。在預置門時間和常規(guī)測頻閘門時間相同而被測信號頻率不同的情況下,等精度測量法的測量精度不變。本發(fā)明保護范圍不限于上述實施例,凡是依據(jù)本發(fā)明技術原理所作的顯而易見的技術變形,均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種射頻卡綜合頻率測試方法,其特征在于,該方法包括動態(tài)可控的掃頻信號源依次掃描覆蓋射頻卡頻率的頻段,所述掃頻信號源經(jīng)過諧波處理、信號放大和信號幅值處理后,通過諧振天線線圈發(fā)射,當射頻卡放置在諧振天線線圈附近時,在所述掃頻信號源與該射頻卡的固有頻率一致時,二者產(chǎn)生的諧振信號疊加到諧振天線線圈上,再通過檢波電路,檢測出峰值諧振點,以此作為中斷信號,并由等精度測量法,測量出掃頻信號源此時刻的頻率值,該頻率值等同于射頻卡的固有頻率值。
2.根據(jù)權利要求1所述的射頻卡綜合頻率測試方法,其特征在于,所述的諧波處理是采用帶通濾波電路處理,所述的信號放大處理是采用低噪聲放大電路處理,所述的信號幅值處理是采用自動增益控制電路處理,當掃頻信號在受諧振頻率不同而變化時,該自動增益控制電路將掃頻信號幅值進行一致性處理。
3.根據(jù)權利要求2所述的射頻卡綜合頻率測試方法,其特征在于,所述的掃頻信號源是采用直接數(shù)字頻率合成器產(chǎn)生或是采用可編程門陣列程序進行直接數(shù)字頻率合成。
4.根據(jù)權利要求3所述的射頻卡綜合頻率測試方法,其特征在于,所述的自動增益控制電路是由電平檢測器、低通濾波器、直流放大器、電壓比較器、控制電壓產(chǎn)生器和可控增益放大器組成。
5.一種實現(xiàn)權利要求1所述測試方法的射頻卡綜合頻率測試儀,其特征在于,所述頻率測試儀主要是由掃頻信號源發(fā)生控制電路、掃頻信號處理電路、信號發(fā)射電路、諧振檢波電路、幅值測量電路和頻率計數(shù)電路組成; 所述掃頻信號源發(fā)生控制電路產(chǎn)生掃頻信號源; 所述掃頻信號處理電路處理掃頻信號源; 所述信號發(fā)射電路將處理后的掃頻信號源持續(xù)發(fā)射出去; 所述諧振檢波電路檢測出信號發(fā)射電路發(fā)射的掃頻信號與射頻卡頻率的諧振信號的峰值諧振點; 所述幅值測量電路和頻率計數(shù)電路測量出峰值諧振點的頻率值。
6.根據(jù)權利要求5所述的射頻卡綜合頻率測試儀,其特征在于,所述掃頻信號源發(fā)生控制電路是采用數(shù)字直接頻率合成方式,該數(shù)字直接頻率合成以單片機和現(xiàn)場可編程門陣列為控制核心,利用現(xiàn)場可編程門陣列中的N位地址存儲相應的正弦表值,通過改變頻率控制字K,尋址相位累加器中的波形數(shù)據(jù),產(chǎn)生所需頻率的正弦信號fo=fc *K/2N,或者所述掃頻信號源是由數(shù)字頻率合成器產(chǎn)生。
7.根據(jù)權利要求6所述的射頻卡綜合頻率測試儀,其特征在于,所述掃頻信號處理電路是由帶通濾波電路、信號放大電路和自動增益控制電路組成。
8.根據(jù)權利要求7所述的射頻卡綜合頻率測試儀,其特征在于,所述自動增益控制電路是由電平檢測器、低通濾波器、直流放大器、電壓比較器、控制電壓產(chǎn)生器、可控增益放大器組成。
9.根據(jù)權利要求8所述的射頻卡綜合頻率測試儀,其特征在于,所述的幅值測量電路為一個由二極管電路和電壓跟隨器組成的峰值檢波電路。
全文摘要
本發(fā)明公開一種射頻卡綜合頻率測試方法和實現(xiàn)該測試方法的測試儀,該方法包括動態(tài)可控的掃頻信號源依次掃描覆蓋射頻卡頻率的頻段,所述掃頻信號源經(jīng)過諧波處理、信號放大和信號幅值處理后,通過諧振天線線圈發(fā)射,當射頻卡放置在諧振天線線圈附近時,在所述掃頻信號源與該射頻卡的固有頻率一致時,二者產(chǎn)生的諧振信號疊加到諧振天線線圈上,再通過檢波電路,檢測出峰值諧振點,以此作為中斷信號,并由等精度測量法,測量出掃頻信號源此時刻的頻率值,該頻率值等同于射頻卡的固有頻率值;本發(fā)明技術方案所提供的掃頻信號源是由數(shù)字直接頻率合成得來的,由單片機控制信號頻率和幅度,實現(xiàn)動態(tài)可控,能夠快速檢測出射頻卡頻率。
文檔編號G01R27/26GK103048538SQ20121049945
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權日2012年11月29日
發(fā)明者倪水平, 彭維平, 陶蓮菊, 鄧立恒 申請人:焦作市神盾科技有限公司
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