一种使用谐振法测试超高频RFID芯片带封装阻抗的方法与流程

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。

技术实现要素：

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C_p

以及芯片电阻值R_p

上述数据处理的演算过程为：

设芯片的并联虚部负值为X_p

其中C_p是芯片并联等效电容。

芯片的串联虚部负值为X_L

其中C_L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X_L1＝ω₁L₁，X_L2＝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C_p＝0.981pF，R_p＝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。