RFID產(chǎn)品認(rèn)證與測試

無線射頻辨識(Radio Frequency Identification, RFID)產(chǎn)品在目前臺灣地區(qū)常用或熱門的頻率為小于135kHz、13.56MHz、922～928MHz三種頻段，依通訊標(biāo)準(zhǔn)又可分為ISO/IEC系列、近場通訊(Near Field Communication, NFC)(13.56MHz)，及目前相當(dāng)熱門的EPCglobal(13.56MHz、860MHz～960MHz)等三種常見的標(biāo)準(zhǔn)，依使用方式又有門禁安全、金融交易、辨識及物流等應(yīng)用。本文僅就上述之RFID產(chǎn)品所須注意的規(guī)范簡單介紹，提供廠商在研發(fā)或者采購時之參考。

臺灣地區(qū)電信產(chǎn)品管制之主管機(jī)關(guān)為交通部電信總局，RFID相關(guān)產(chǎn)品須依從「低功率射頻電機(jī)技術(shù)規(guī)范」，該法規(guī)是參考美國FCC Part15之精神，依產(chǎn)品使用頻率訂定不同規(guī)定，例如發(fā)射功率，且部分頻率會限定于僅某類型通訊產(chǎn)品可使用。而歐洲ETSI技術(shù)委員會所公告之電信產(chǎn)品管制規(guī)定，往往會根據(jù)個別電信產(chǎn)品特性及使用頻率來制定不同法規(guī)，其余才依產(chǎn)品選用的頻率來選擇適合的一般性法規(guī)進(jìn)行測試，如何選用適當(dāng)?shù)姆ㄒ?guī)必須參考「ERC Recommendation70-03」文件。
RFID產(chǎn)品在臺灣要符合低功率射頻電機(jī)技術(shù)規(guī)范(LP0002)；在美國，則要符合FCC Part15的規(guī)定，按照所使用的頻率依從相關(guān)章節(jié)內(nèi)容之規(guī)定；在歐洲依使用頻段分別符合ETSI EN 300 220(使用25～1000MHz)、ETSI EN 300 330(使用9kHz～30MHz)、ETSI EN 302 208(使用865～868MHz)、ETSI EN 300 440(使用1～40GHz)等法規(guī)，其中目前熱門的EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)所使用的超高頻(UHF)頻段，可選用EN 302 208來進(jìn)行認(rèn)證測試。世界各國都看到RFID所帶來的商機(jī)，紛紛研擬開放專用頻段，與世界潮流接軌，美國早已開放902～928MHz頻段，目前國內(nèi)電信總局在2005年3月也已開放922～928MHz頻段予超高頻RFID產(chǎn)品使用。

另外，RFID產(chǎn)品也屬于電子產(chǎn)品，需通過一般電磁兼容(EMC)或安規(guī)(SAFETY)之測試，EMC的測試主要是分為電磁干擾(EMI)，即檢驗產(chǎn)品是否經(jīng)由輻射方式或電源線發(fā)出干擾訊號，以及電磁耐受(EMS)，即檢驗產(chǎn)品之抵御干擾訊號的能力；而安規(guī)則是檢驗產(chǎn)品是否會造成燃燒或化學(xué)侵蝕等危險，目前大眾對于電子產(chǎn)品的安全性要求越來越高，雖然產(chǎn)品在一般動作時不致發(fā)生上述危害，但廠商在研發(fā)期間仍應(yīng)注意自身產(chǎn)品可能潛在的安全性問題。且通訊產(chǎn)品在一般使用時，若須距離人體(不包括手部)20公分以內(nèi)，且功率超過規(guī)定值時，還須量測人體電磁波能量之特定吸收比(Specific Absorption Rate, SAR)，目的是為防止發(fā)射電波太強(qiáng)而傷害人體，減輕大眾對于電磁波安全之疑慮。還有目前很熱門的廢電子電機(jī)設(shè)備(WEEE)及電子電機(jī)設(shè)備中危害物質(zhì)禁用(RoHS)兩項指令，雖然是歐盟發(fā)起的相關(guān)要求，但各國為維系歐洲市場，也開始輔導(dǎo)廠商遵守這兩項指令，以免形成貿(mào)易障礙進(jìn)而減弱電子業(yè)者競爭力。

測試13.56MHz與135kHz以下RFID產(chǎn)品

以下就已在使用的13.56MHz與小于135kHz之RFID產(chǎn)品國內(nèi)測試法規(guī)與方法做介紹，而美國FCC之規(guī)定，包括13.56MHz與小于135kHz頻段，均與臺灣大同小異。

規(guī)定量測范圍輻射

小于135kHz之RFID產(chǎn)品之輻射發(fā)射須符合低功率射頻電機(jī)技術(shù)規(guī)范2.7節(jié)與2.8節(jié)之規(guī)定，量測范圍至10倍之中心頻率；而使用13.56MHz之RFID產(chǎn)品，除2.7節(jié)與2.8節(jié)規(guī)定外，其主波發(fā)射于距30公尺處量測所得之電場強(qiáng)度不得超過10mV/m。此部分測試一般于開放測試場地(OATS)或電波暗室(Chamber)內(nèi)進(jìn)行量測。

主波頻率維持±0.01％內(nèi)

采用13.56MHz的RFID產(chǎn)品，其頻率容許差值應(yīng)維持在主波頻率之±0.01％以內(nèi)，參考值為于20℃且正常供電的量測值，測試條件為：

?在正常供應(yīng)電壓下，溫度在-20～50℃間變化。
?在20℃下，供應(yīng)電壓在額定值的±15％內(nèi)變化，以電池供電之產(chǎn)品應(yīng)以新電池測試。
此項測試一般可以在可調(diào)整溫度的溫柜里進(jìn)行，將待測物置于溫柜內(nèi)，以直接傳導(dǎo)或輻射方式觀察主波頻率于各種非常態(tài)工作環(huán)境下，都不可漂移超過0.01％。

電信總局也在「低功率射頻電機(jī)技術(shù)規(guī)范」中研擬新章節(jié)，4.8節(jié)開放922～928MHz供超高頻RFID產(chǎn)品使用，其內(nèi)容定義RFID器材系指采用跳頻系統(tǒng)(Frequency Hopping System)或數(shù)字調(diào)變技術(shù)(Digital Modulation Techniques)，提供射頻識別用途之器材，其操作頻率范圍為922～928MHz，但被動式標(biāo)簽(Passive Tag)則不適用本節(jié)規(guī)范。而美國FCC Part15.247早已開放902～928MHz、2400～2483.5MHz與5725～5850MHz頻段，此章節(jié)在過去乃無線局域網(wǎng)絡(luò)或藍(lán)芽等產(chǎn)品所適用之章節(jié)，亦是LP0002第4.8節(jié)所參考的對象。以下節(jié)錄LP0002較重要之規(guī)定，詳細(xì)條文請參考「低功率射頻電機(jī)技術(shù)規(guī)范」與FCC Part15.247之內(nèi)容。

依設(shè)置場所限制功率

器材設(shè)置場所及其峰值輸出功率限制值如下：

?設(shè)置于室內(nèi)或特殊場所者：最大峰值輸出功率1瓦(含)以下。其中特殊場所系為某特定、封閉，且管制人員進(jìn)出之專屬區(qū)域(不限室內(nèi)或室外)場所。
?設(shè)置于室外者：最大峰值輸出功率0.5瓦(含)以下。
?若其發(fā)射天線之方向性增益超過6dBi，應(yīng)依所超過之dB數(shù)降低峰值輸出功率；亦即假設(shè)天線之方向性增益若為8dBi，則最大可允許之峰值輸出功率便要降低2dB。

發(fā)射功率衰減20dB

使用頻帶范圍外之任意100kHz內(nèi)，RFID產(chǎn)品所產(chǎn)生的射頻功率相較于使用頻帶范圍中包含最高所需功率之100kHz內(nèi)的射頻功率，須衰減20dB，以射頻傳導(dǎo)或發(fā)射方式測量。此外，落于第2.7節(jié)禁用頻段之輻射發(fā)射，應(yīng)符合第2.8節(jié)之規(guī)定；亦即使用922～928MHz頻帶外之噪聲或諧波須符合第2.8節(jié)之規(guī)定，或較主波最大發(fā)射功率衰減20dB。

依頻寬選擇跳頻頻道

載波頻率之頻道間隔應(yīng)至少25kHz，或跳頻頻道之20dB頻寬，兩者取較寬者，且系統(tǒng)之跳頻頻道應(yīng)依虛擬隨機(jī)數(shù)排列，在各頻率之跳頻頻道上跳躍，每一發(fā)射機(jī)必須均等使用每一頻率。當(dāng)20dB頻寬小于或等于250kHz時，須使用至少12個(含)跳頻頻道，當(dāng)20dB頻寬大于250kHz者，須使用至少6個(含)跳頻頻道，但20dB頻寬不得大于500kHz。另外，在使用跳頻系統(tǒng)方面，其每一載波頻率在周期(跳頻頻道數(shù)乘以0.4秒)內(nèi)，任一頻率每次出現(xiàn)占用之平均時間不得超過0.4秒。

規(guī)定數(shù)字調(diào)變技術(shù)使用頻帶范圍

數(shù)字調(diào)變技術(shù)系統(tǒng)在6dB頻寬至少應(yīng)有500kHz，在使用頻帶范圍之任意3kHz頻寬內(nèi)，于天線端之峰值發(fā)射電功率密度，在任意期間內(nèi)皆不得大于8dBm。

操作復(fù)合系統(tǒng)跳頻功能

復(fù)合系統(tǒng)之跳頻操作，當(dāng)關(guān)閉直接序列或數(shù)字調(diào)變作業(yè)時，其每一載波頻率在周期(跳頻頻道數(shù)乘以0.4秒)內(nèi)，所占用之平均時間不得超過0.4秒，反之關(guān)閉跳頻功能之復(fù)合系統(tǒng)且以數(shù)字調(diào)變技術(shù)作業(yè)時，應(yīng)符合前述在使用頻帶范圍之任意3kHz頻寬內(nèi)，于天線端所量測到之峰值發(fā)射電功率密度，在任意期間內(nèi)皆不得大于8dBm之規(guī)定。

測試條件分為溫度與電壓

而有關(guān)ETSI EN 302 208(使用865～868MHz)之規(guī)定，其限制讀取器發(fā)射訊號強(qiáng)度在某些頻道最大為2W(e.r.p.)，各頻道最大之頻寬為200kHz。此外，該法規(guī)還規(guī)定須經(jīng)嚴(yán)苛環(huán)境測試(Extreme Test)，在測試中產(chǎn)品特性不可改變致超過限制值。

而其測試條件分為溫度與電壓變化，溫度變化一般為-20～55℃間，若產(chǎn)品使用場合受到限制，還可放寬測試條件；在電壓變化方面，若產(chǎn)品使用交流電源，須測試±10％之變化；若產(chǎn)品使用鉛酸電池，須分別測試正常電壓值之1.3倍及0.9倍，而若使用Gel-cell Type電池，須分別測試正常電壓值之1.15倍及0.85倍；使用干電池(Leclanch)或鋰電池須分別測試正常電壓值至正常電壓值之0.85倍；使用鎳鎘電池須分別測試正常電壓值至正常電壓值之0.9倍；其它種類之電池則由廠商自行宣告。

EN 302 208之規(guī)定包括讀取器與標(biāo)簽，其中讀取器還分為發(fā)射機(jī)與接收機(jī)部分，美國與臺灣在接收機(jī)部分要求符合一般EMI規(guī)定，以下僅節(jié)錄較重要章節(jié)，詳細(xì)條文請參考EN 302 208內(nèi)容。

?頻率偏差：與正常使用條件相比，嚴(yán)苛測試條件之頻率偏差不得超過±20ppm。
?頻率穩(wěn)定度：與正常使用條件相比，當(dāng)供給電壓持續(xù)下調(diào)至0V時，其頻率穩(wěn)定度不得超過±20ppm。此規(guī)定僅限定使用電池之產(chǎn)品，且須以無調(diào)變之載波進(jìn)行量測。
?有效輻射功率：依頻帶劃分(圖1)。
?頻譜屏蔽：單一頻道(fc)之發(fā)射強(qiáng)度不得超過如圖2之屏蔽，以免干擾鄰近頻道。
?非必要之發(fā)射：發(fā)射機(jī)不必要之發(fā)射(表1)。
?聽取模式：有接收機(jī)位準(zhǔn)(Receiver Threshold)量測最小可接收位準(zhǔn)、隔絕特性(Blocking or De-sensitisation)抵抗干擾訊號的能力，及聽取時間等項目。
?講話模式：有鄰頻道選擇性(Adjacent Sub-band Selectivity)抵抗相鄰頻道之RFID訊號干擾、隔絕特性(Blocking or Desensitisation)，及非必要之發(fā)射，限制值如表2。
標(biāo)簽
?僅須量測是否輻射能量到使用頻道外(圖3)，在862MHz外須降至-54dBm以下。
此法規(guī)包括一般通訊產(chǎn)品所常見的測試規(guī)定，只要配合頻譜分析儀、溫柜與電源供應(yīng)器即可量測。另外也將抗噪聲干擾規(guī)定納入，須使用訊號產(chǎn)生器或另一臺RFID讀取器來發(fā)射其它頻道的干擾訊號，來測試待測讀取器是否能選擇正確的頻道或卷標(biāo)。測試場地可在開放測試場地或電波暗室內(nèi)進(jìn)行量測。

ETSI EN 300 330制定有關(guān)使用9KHz～30MHz頻段的短距離無線通訊產(chǎn)品之規(guī)定，同樣有分成發(fā)射與接收兩部份。在發(fā)射機(jī)方面，距離10m之主波輻射磁場強(qiáng)度限制值為60dBuA/m，非必要之發(fā)射依頻率有不同限制值，而發(fā)射頻寬亦有限制；在接收機(jī)方面，主要量測項目為鄰頻道選擇性、隔絕特性，及非必要之發(fā)射。本規(guī)范并無規(guī)定標(biāo)簽測試，但在測試讀取器時，標(biāo)簽須一同測試。

部份測試亦須量測正常條件(正常供電、室溫下)與嚴(yán)苛條件(變電壓、最多-20～55℃變溫)，皆不可逾越限制值。

有關(guān)歐盟各國的頻率分配、發(fā)射功率與頻帶，可參考ERC Recommendation 70-03文件，此文件會依ETSI所制定的標(biāo)準(zhǔn)或各國主管機(jī)構(gòu)的法令而更新，內(nèi)容包括各國開放頻率及適用之標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)等。此文件也是進(jìn)入歐洲市場，必參考的一份文件。

所有電子產(chǎn)品均須符合電磁兼容(EMC)的一般規(guī)定，電磁兼容又分為電磁干擾(EMI)與電磁耐受(EMS)，臺灣和美國僅要求EMI，而歐盟另外還要求必須符合EMS之規(guī)定。
　
EMI包括輻射干擾(RE)與電源傳導(dǎo)干擾(CE)，CE僅在產(chǎn)品使用市電時(含電源線)才須要量測，若僅使用電池供電則不須測試。

RFID產(chǎn)品所須符合的電源傳導(dǎo)干擾的限制如表1所示，其包括準(zhǔn)峰值與平均值的限制，兩者相差10dB。一般的EMI測試接收器(Test Receiver)會包括準(zhǔn)峰值(Quasi-peak, QP)檢波器與平均值(Average, AVG)檢波器，來量測QP與AVG值。準(zhǔn)峰值檢波器的輸出電壓會依被測訊號的脈沖速率而變化，若某頻率的訊號在一段時間內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)率較高，便會得到較高之量測值。

輻射干擾之一般限制如表2，一般均在符合國際無線干擾特別委員會(CISPR)規(guī)定的正規(guī)化場地衰減(NSA)之場地進(jìn)行量測，其可為開放式場地(OATS)，即郊區(qū)較無其它無線電波干擾之場地；或為電波暗室(Chamber)，以可吸收反射電波之電波吸收材料布建于一封閉室內(nèi)之場地，來模擬開放式場地的環(huán)境。一般亦使用EMI測試接收器配合適當(dāng)之天線，并考慮待測物輻射電場強(qiáng)度選擇適當(dāng)距離來量測。檢測時須將待測物放置于旋轉(zhuǎn)桌上，觀察旋轉(zhuǎn)360度與天線升降1～4m的量測值，若待測物為手持式產(chǎn)品時，須分別量測特測物的三個軸向，找出輻射最大電場強(qiáng)度之配置方式。

ETSI要求符合EMI與EMS規(guī)定

在歐洲方面，有關(guān)電信產(chǎn)品的EMC規(guī)定可參考?xì)W洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(European elecommunications Standards Institute, ETSI)公告的文件。ETSI是一個負(fù)責(zé)制定歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)的非營利組織，其所制定的標(biāo)準(zhǔn)亦被很多國家所參考采用，如中國。ETSI所公告的文件中有關(guān)EMC的一般規(guī)定為EN 301 489-1，內(nèi)容除EMI之規(guī)定外(表1、表3)，還有EMS電磁耐受規(guī)定，主要是檢測待測物在各種電磁干擾環(huán)境下是否能正常動作，測試內(nèi)容包括：

?輻射耐受性測試(Radio Frequency Electromagnetic Field)：主要為仿真無線電波、電臺訊號對產(chǎn)品之影響。
?靜電測試(Electrostatic Discharge)：主要為模擬人體所帶靜電或手持工具對產(chǎn)品的影響。
?電性快速瞬時干擾耐受測試(Fast Transients, Common Mode)：本試驗?zāi)康臑轵炞C待測物之電源線，訊號線(控制線)遭受重復(fù)出現(xiàn)之快速瞬時脈沖時之耐受程度。
?電磁傳導(dǎo)耐受測試(Radio Frequency, Common Mode)：本試驗為驗證待測物對射頻產(chǎn)生器透過電源線傳導(dǎo)之噪聲耐受程度。
?電壓瞬斷變異耐受測試(Voltage Dips and Interruptions)：本試驗為驗證待測物透過電源線仿真電壓變化之耐受程度。
?雷擊耐受性測試(Surges)：本試驗為針對待測物在操作狀態(tài)下，電源線或通訊端口承受開關(guān)或雷擊瞬時之過電壓/電流突波之耐受程度。

以上并非所有測試項目或條件都要執(zhí)行，須依產(chǎn)品特性并詳細(xì)閱讀其執(zhí)行條件才可決定。并且目前EN 301 489共有26份文件(-1～-26，更新版本可能會有增加)，除EN 301 489-1為一般規(guī)定外，還依據(jù)各類型通訊產(chǎn)品特性，另外訂定25份詳細(xì)規(guī)范之文件，各文件還會引進(jìn)其它技術(shù)規(guī)范，如必須一并測試。

臺灣在射頻通訊產(chǎn)品方面已有優(yōu)良的設(shè)計能力，研發(fā)RFID產(chǎn)品對臺灣廠商來說并非難事，但往往只注意到功能(Function)與性能(Perfor-mance)是否符合要求，卻抵觸各國無線電信器材管制法規(guī)，導(dǎo)致上市日期延遲，常見情形如下：

?主波發(fā)射電場強(qiáng)度或功率過高，超過法規(guī)的限制或使用不被允許的頻帶。
?主波以外之諧波或其它不必要之噪聲，其電場強(qiáng)度或功率過高。
?不必要噪聲的電場強(qiáng)度或功率過高且落在禁用頻帶或使用頻帶外。
?產(chǎn)品不符合EMC之相關(guān)規(guī)定。

以上幾點都是工程師設(shè)計無線通訊產(chǎn)品時經(jīng)常忽略的重點，而法規(guī)的詳細(xì)內(nèi)容或本文疏漏之處，可到各國電信主管機(jī)關(guān)網(wǎng)站取得相關(guān)文件的最新版本。于研發(fā)前即須通盤考慮產(chǎn)品的規(guī)格，以免造成符合A國法規(guī)卻抵觸B國法規(guī)的情況，而導(dǎo)致必須重新設(shè)計或修改電路。

通過協(xié)議認(rèn)證及性能測試

以上所述，即一般所指的型式認(rèn)證(Regulation Test)，屬于各國強(qiáng)制要求檢測的部份，且各國的要求會有所差異。而通訊標(biāo)準(zhǔn)(如NFC、EPCglobal)，即屬統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，于制定標(biāo)準(zhǔn)(或稱協(xié)議)時，便會將各國型式認(rèn)證之規(guī)定考慮在內(nèi)，舉例來說EPCglobal的GEN2標(biāo)準(zhǔn)使用860MHz～960MHz，即包含各主要國家之開放頻段，但并非符合EPCglobal的產(chǎn)品皆可使用此頻帶，如在臺灣讀取器只能使用922MHz～928MHz，但只要標(biāo)簽?zāi)軌驅(qū)?60MHz～960MHz(或部份)的訊號有良好的感應(yīng)能力，即可應(yīng)用在全球的物流運(yùn)輸。但是使用860MHz～960MHz頻帶的并非只有RFID而已，例如臺灣GSM系統(tǒng)也在這個頻帶內(nèi)，此時要分辨彼此，就必須要以通訊協(xié)議為之，發(fā)射端與接收端雙方都必須以正確的封包格式與內(nèi)容才會產(chǎn)生相對應(yīng)的正常動作，否則就會被當(dāng)成噪聲不予理會。因此測試產(chǎn)品是否符合通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)就相形重要：

?符合性測試(Conformance Testing)：通訊協(xié)議(Protocol)部份，如射頻界面、封包格式(Packet Format)等。
?互通性測試(Interoperability Testing)：與其它產(chǎn)品的互通性測試。
?性能測試：在仿真環(huán)境中測試產(chǎn)品性能。

以EPCglobal為例，符合性測試通常在指定的認(rèn)證實驗室，以儀器搭配測試軟件檢驗產(chǎn)品是否符合通訊協(xié)議規(guī)范，目前是由美國MET Lab負(fù)責(zé)執(zhí)行，而互通性測試也可委由MET Lab測試，而通訊業(yè)界盛行的插拔大會也是可以利用的方式。

性能測試一般是由廠商自行測試產(chǎn)品的性能，但因物流應(yīng)用的特殊性及場地建構(gòu)不易的關(guān)系，EPCglobal也特別在世界各地遴選了幾所性能測試實驗室，在2005年9月中旬正式公告。臺灣由EPCglobal Taiwan、工研院、正隆公司、臺灣電子檢驗中心所組成之團(tuán)隊─亞太RFID應(yīng)用驗測中心(Pacific RFID Performance Solu-tions)，成為第一波被EPCglobal所認(rèn)可的四所驗測中心中，亞洲地區(qū)唯一的性能測試實驗室，詳細(xì)公告可到EPCglobal網(wǎng)站查詢。這些EPCglobal所指定的性能測試實驗室，主要模擬貼附有符合EPCglobal標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽之貨箱或棧板等，在各種物流倉儲流程中，是否能被RFID讀取器正確讀取。包括在輸送帶(Conveyor)或車載之情況下，以不同速度、不同卷標(biāo)貼附位置等條件通過RFID讀取器之讀取范圍。廠商可以就自己的貨品進(jìn)行測試，調(diào)整至最佳狀態(tài)，如此可確保送交貨物給Wal-Mart時，不致發(fā)生讀取失敗之情況。

NFC目前尚未正式公告其符合性測試的政策，但已有多家廠商推出NFC產(chǎn)品，臺灣近端行動交易服務(wù)計劃聯(lián)盟(Proximity Mobile Transaction Service Alliance, PMTSA)日前也公開征求消費(fèi)者，免費(fèi)提供含NFC芯片的行動電話，在架設(shè)悠游卡系統(tǒng)的場所測試金融交易之應(yīng)用，此測試方式可視為互通性測試與性能測試的范圍。