非接觸IC卡芯片的低成本測試

文章出處：http://www.xujuanpiju.com 作者：中國一卡通網 收編   人氣： 發表時間：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，讀卡機對卡片發送一個載波頻率為13．56MHz+／-7KHz的射頻信號，采用10％的ASK的調制，以及NRZ(不歸零)的鍵控方式，數據傳輸速率是106／212Kbps；卡內芯片的返回信號采用的是BPSK的副載波調制方式，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)來定義其每個數據周期的邏輯“0”或“1”，同時，我們定義調制深度M=(a-b)／(a+b)；對BPSK返回信號，我們以每個數據周期的起始電平高低來判斷邏輯“0”或“1”，所以對于“0”，“1”轉化的周期，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，射頻信號發生電路，解調電路，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)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，結合T6000測試系統的數字測試功能，來實現低成本的測試要求。RFID Module是整個測試解決方案的核心。 

    對于設計評價測試，要求測試儀能發射／識別IS014443類型—B規定的各種信號(ASK／BPSK)，實現其RF的通訊功能。
另外，對于大規模量產時，需要解決的低成本地實現多芯片同測，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的數字信號測試部分的數字信號驅動器產生一個數字信號，通過ASK信號發生器的濾波電路將該數字信號轉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(經放大的信號)連接到監控器，它的作用是對即將發送給芯片天線的射頻信號的電壓峰—峰值和調制精度進行校正；正常情況下，芯片的BPSK返回信號通過RFID模塊內部進行檢波，放大并進一步送給解調電路解碼，最后解調電路將解調出的數字碼返回數字信號測試部分的數字信號比較器，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送幟別RF信號相比，該解決方案只需要ATE有一般的數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。 

    在大規模量產測試時，可以針對不同的情況采用兩種方法實現多芯片同測： 

    (1)如果同測的所有DIE的返回信號周期偏移在1個ETU(一個數據單元，1ETU=16周期)內，測試系統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，我們發現：使用RF模塊進行通信試驗、由于發送信號的調制及接受信號的解調全部在高速的模擬信號狀態下進行、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部EEPROM進行測試而言，由于芯片內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同測。
    對于射頻信號中容易出現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中已經使用的配套設備，包括專用的測試板，探針卡／臺，晶圓映射圖等。 

    4. 總結 

    在我國，非接觸式IC卡芯片的生產和使用還處于起步階段，目前只有少數幾個經濟發達城市，在公交，醫療保險等行業進行了試點，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，加上測試系統本身的一些AC／DC測試功能作為輔助驗證就可以
    實現完整的RFID芯片的測試，真正地實現了低成本測試。
    以下是RFID Module的一些基本的性能參數： 
    -載波信號頻率：13．56MHz 
    -載波信號振幅：O-30Vpp 
    -調制深度：5％-100％
    -負載調制方式：BPSK