CN106645971A - 一种使用谐振法测试超高频rfid芯片带封装阻抗的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用谐振法测试超高频RFID芯片阻抗的方法，包括：制作第一线圈、第二线圈，两种线圈可以先后封装同样的超高频RFID芯片；制作网络分析仪用第三线圈；利用线圈互感，测试两个带芯片的线圈谐振值；利用数据处理，得到超高频RFID芯片带封装阻抗的实部和虚部。相比起采用直接测试的方法，本发明的方法不引入接触误差、并且避免了网络分析仪测试非标准阻抗不准确的问题，本发明广泛适用于使用谐振法测试超高频RFID芯片带封装阻抗的方法中。

Description

一种使用谐振法测试超高频RFID芯片带封装阻抗的方法
技术领域
本发明属于电子技术领域，涉及一种测试超高频RFID芯片带封装阻抗的方法，尤其涉及一种使用谐振法测试超高频RFID芯片带封装阻抗的方法。
背景技术
超高频RFID技术可应用于物流、交通、防伪、服装等各种行业。相比于传统的高频技术，超高频RFID技术具有读距离远，防碰撞功能强的优点。
为了发挥RFID技术读距离远的优点，通常超高频天线的阻抗需要设计为芯片阻抗的共轭。尽管芯片厂商给出了芯片的阻抗值，但是因为超高频的特点，封装对芯片的阻抗值影响很大。各种不同的封装形式，甚至同一种封装形式不同的生产厂商，都会导致带封装芯片的阻抗不同，不等于芯片厂商提供的设计参考值。所以，需要找到测试带封装芯片阻抗的方法。
现有技术中，通常采用射频端口连接到带封装芯片两端的形式测试阻抗，但是这样做会导致至少两个问题。首先，芯片的封装通常尺寸非常小(面积1mm*1mm以内)，连接线通常尺寸会相当大(1cm*1cm级别)，这样会导致连接线的影响比封装寄生的影响还大，导致测试失败。其次，测试超高频阻抗的设备，比如网络分析仪，通常只适合测试50欧姆阻抗，偏离50欧姆的阻抗测试不准确，而超高频RFID芯片的阻抗值通常为20+j200欧姆左右的复阻抗，导致测试失败。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明特提出一种使用谐振法测试超高频RFID芯片带封装阻抗的方法，它不仅能解决现有技术中存在的问题，还具有其它许多有益效果。
为达到上述目的，本发明采取了以下的技术方案，一种使用谐振法测试超高频RFID芯片带封装阻抗的方法，包含下述步骤：
第一步，制作第一线圈、第二线圈，所述第一线圈、第二线圈可以分别封装同样的超高频
RFID芯片；
第二步，制作第三线圈，所述第三线圈为高自身谐振值线圈，所述第三线圈电连接网络分
析仪；
第三步，分别利用封装同样的超高频RFID芯片的第一线圈和第二线圈和所述第三线圈互
感，测试两个带超高频RFID芯片的线圈谐振值；
第四步，利用数据处理，可以得到超高频RFID芯片带封装阻抗的实部和虚部。
上述第一线圈的电感值是L1，所述第二线圈的电感值是L2，且满足：L1>L2。
上述的第三线圈的电感值是L3的，且满足：L1*5>L3>L2/5。
上述的第三线圈的自身谐振值为ω3＝2πf3，且满足：f3>1.2GHz。
上述的第三线圈接所述网络分析仪的一个端口，所述网络分析仪设置为测试s参数绝对值的模式；所述封装同样的超高频RFID芯片的第一线圈、第二线圈先后分别靠近所述第三线圈互感时，所述网络分析仪的s参数绝对值随之发生改变。
以下对本发明的原理进行说明：
制作两种线圈，即第一线圈L1和第二线圈L2，这两个线圈的电感值分别为L1和L2,有L1>L2。这两个线圈的电感值可以使用测试或者仿真方法得到，因为线圈的直径通常为几个厘米，所以无论是测试还是仿真，都容易得到正确值。然后使用同样的封装，将超高频RFID芯片封装到上述两个线圈上。芯片阻抗值为电容性，所以和电感性的线圈形成了LC谐振。
至于第三线圈L3，其尺寸大小和第一线圈L1、第二线圈L2相似，但通常为空绕，这里定义第三线圈L3的自身谐振值为网络分析仪测得s参数虚部为0的频率值，将第三线圈L3接网络分析仪的一个端口，网络分析仪设置为测试s参数绝对值的模式。再将第一线圈L1和第三线圈L3正对，并使第一线圈L1靠近第三线圈L3，可以在网络分析仪上，观察到s参数绝对值曲线，出现一个明显的峰值，这个峰值的频率就是线圈L1的谐振值ω1＝2πf1，同样操作方式可测得第二线圈L2的谐振值ω2＝2πf2。
最后利用数据后处理，可以得到超高频RFID芯片的实部和虚部。
具体为，芯片电容值Cp
以及芯片电阻值Rp
上述数据处理的演算过程为：
设芯片的并联虚部负值为Xp
其中Cp是芯片并联等效电容。
芯片的串联虚部负值为XL
其中CL是芯片串联等效电容。
根据串并联转换关系有
得：
测试可以得到的四个值为：L1，L2，ω1，ω2其中XL1＝ω1L1，XL2＝ω2L2
则有
这里有两个未知数，两个方程
可以解得：
由于上述技术方案，本发明的有益效果是:测试是无线测试，线圈L1和线圈L2没有引入任何其他封装，所以避免了直接测试导致的连线干扰。并且，测试只用到了网络分析仪的s参数的峰值对应的频率，而不使用s参数的准确数值，避免了非50欧姆测试不准确问题；另外本发明的四个测试步骤简单易用，解决了实际测试困难。
由于上述有益效果，本发明广泛适用于使用谐振法测试超高频RFID芯片带封装阻抗的方法中。
附图说明
图1是本发明的第三线圈L3和第一线圈L1测试的示意图；
图2是发明的第三线圈L3和第二线圈L2测试的示意图；
图3是本发明实施例中的第三线圈L3和第一线圈L1耦合测得的s参数绝对值曲线图；
图4是本发明实施例中的第三线圈L3和第二线圈L2耦合测得的s参数绝对值曲线图。
标识说明：1-第一线圈；2-第二线圈；3-第三线圈；4-网络分析仪。
具体实施方式
下面结合附图，以实施例的方式对本发明作进一步说明。
参考附图1-4，以超高频RFID的代表商用芯片之一为Alien H3芯片为例,datesheet给出的阻抗设计参考值为1500欧姆||0.85pF。Alien H3芯片在某厂商进行封装，然后按照四个步骤测试带封装的芯片阻抗值。
第一步：制作大小两种线圈，即线圈L1和线圈L2，L1＝45nH，L2＝35nH，这两个值可以通过测试得到，因为线圈L1和线圈L2的尺寸在厘米级，所以测试准确。
第二步：制作网络分析仪用第三线圈L3。经测试得到L3＝50nH
这个线圈L3和它自身的寄生电容谐振，产生自身谐振频率值。这个谐振值应当大于1.2GHz。这里定义L3线圈的自身谐振值为网络分析仪测得虚部为0的频率值。对900MHz超高频RFID芯片来说，线圈L3的自身谐振值为ω3＝2πf3，f3应大于1.2GHz。
第三步：利用线圈互感，测试两个带芯片的线圈L1和L2的谐振值。
将线圈L3接网络分析仪的一个端口，网络分析仪设置为测试s参数绝对值的模式。这时候，将第一线圈L1(或第二线圈L2)靠近第三线圈L3，如图1、图2所示。需要说明的是，超高频RFID芯片被分别封装到线圈线圈L1(或线圈L2)上，当线圈L1(或线圈L2)靠近第三线圈L3时，在网络分析仪上，可以观察到s参数绝对值曲线变化，即图3、图4所示曲线。
图3中，横轴为扫描频率，从0.7GHz到1GHz，纵轴为s参数绝对值，可以看到s参数绝对值有一个极小值d1，极小值的数据为0.7498GHz。这就是测得的线圈L1谐振值。
图4中，横轴为扫描频率，从0.7GHz到1GHz，纵轴为s参数绝对值，可以看到s参数绝对值有一个极小值e1，极小值的数据为0.8521GHz。这就是测得的线圈L2谐振值。
第四步：利用数据处理，得到超高频RFID芯片带封装阻抗的实部和虚部。
芯片电容值
以及芯片电阻值
其中，L1＝45nH，L2＝35nH,ω1＝2π*0.7498GHz,ω1＝2π*0.8521GHz
代入公式可以得到Cp＝0.981pF，Rp＝1521.52ohm
对比Alien H3芯片,datesheet给出的阻抗设计参考值为1500欧姆||0.85pF，可以看到封装后的芯片阻抗确实和datesheet给出的阻抗设计参考值有区别。封装引入了21.52ohm电阻和0.131pF电容。
本实施例，仅给出了一种特定的情况，本技术领域人员都可以很容易的理解，对本实施例做出的局部修改，但采用了本发明的技术方案和思路，应当在本发明的保护范围内。比如线圈形状从圆形改为方形、三角形或其他形状，或者增加多个测试线圈，组成多个数据求平均等，均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种使用谐振法测试超高频RFID芯片带封装阻抗的方法，包含下述步骤：
第一步，制作第一线圈、第二线圈，所述第一线圈、第二线圈可以分别封装同样的超高频RFID芯片；
第二步，制作第三线圈，所述第三线圈为高自身谐振值线圈，所述第三线圈电连接网络分析仪；
第三步，分别利用封装同样的超高频RFID芯片的第一线圈和第二线圈和所述第三线圈互感，测试两个带超高频RFID芯片的线圈谐振值；
第四步，利用数据处理，可以得到超高频RFID芯片带封装阻抗的实部和虚部。
2.根据权利要求1所述的一种使用谐振法测试超高频RFID芯片带封装阻抗的方法，其特征在于：所述第一线圈的电感值是L1，所述第二线圈的电感值是L2，且满足：L1>L2。
3.根据权利要求1所述的一种使用谐振法测试超高频RFID芯片带封装阻抗的方法，其特征在于：所述的第三线圈的电感值是L3的，且满足：L1*5>L3>L2/5。
4.根据权利要求3所述的一种使用谐振法测试超高频RFID芯片带封装阻抗的方法，其特征在于：所述的第三线圈的自身谐振值为ω3＝2πf3，且满足：f3>1.2GHz。
5.根据权利要求1所述的一种使用谐振法测试超高频RFID芯片带封装阻抗的方法，其特征在于：所述的第三线圈接所述网络分析仪的一个端口，所述网络分析仪设置为测试s参数绝对值的模式；所述封装同样的超高频RFID芯片的第一线圈、第二线圈先后分别靠近所述第三线圈互感时，所述网络分析仪的s参数绝对值随之发生改变。
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