非接触IC卡芯片的低成本测试

    1．非接触IC卡的种类及国际标准 

    根据读卡机与IC卡的作用距离，可以将非接触IC卡分成以下四类(见图1-1)，其中第二代身份证卡使用的是近距离通讯型，即符合IS014443的非接触IC卡，它的有效作用距离大约是10-15cm左右，典型的工作频率是13．56MHz。
 

    ISO14443又包含A，B，C三种类型(其中C型未定)。表1-1对A型和B型从读卡机到IC卡和IC卡到读卡机两方面对A型和B型做了比较。第二代身份证卡使用的是B型的非接触IC卡芯片，读卡机对卡片发送一个载波频率为13．56MHz+／-7KHz的射频信号，采用10％的ASK的调制，以及NRZ(不归零)的键控方式，数据传输速率是106／212Kbps；卡内芯片的返回信号采用的是BPSK的副载波调制方式，副载波的频率是847KHz。 

    图1-2是ASK和BPSK信号波形的比较。对ASK信号，它是以正弦波幅度的高低(a或b)来定义其每个数据周期的逻辑“0”或“1”，同时，我们定义调制深度M=(a-b)／(a+b)；对BPSK返回信号，我们以每个数据周期的起始电平高低来判断逻辑“0”或“1”，所以对于“0”，“1”转化的周期，可以看到正弦波有180度的相移。 

    2 非接触IC卡芯片及其测试要求 

    从IC测试要求来看，非接触IC卡芯片可以分为两部分(见图2-1)：RF部分和逻辑部分。其中，逻辑部分由内嵌CPU／MCU加上存储器(一般来说是非易失性的EEPROM等)组成的，与普通的SoC芯片测试没有什么不同；RF部分由射频天线端子，射频信号发生电路，解调电路，RF接口电路等组成。除了普通的SoC芯片测试项目外，还有通过天线端子接受/识别来自外界的射频信号，并进行反馈的RF通讯测试。 

    表2-1列举了非接触IC卡芯片在设计评价和量产中通常要进行的测试项目。其中有些测试项目是普通的SoC测试项目，使用的测试方法是使用
ATE(在实际测试中使用的是ADVANTEST的T6000测试系统)的DdCp和DC／AC测试单元；而对于余下的几个测试项目，包括Vcc整流电压，通讯实验等都要用到RFID模块(RFID测试应用模块)。通过RFID模块，结合T6000测试系统的数字测试功能，来实现低成本的测试要求。RFID Module是整个测试解决方案的核心。 

    对于设计评价测试，要求测试仪能发射／识别IS014443类型—B规定的各种信号(ASK／BPSK)，实现其RF的通讯功能。
另外，对于大规模量产时，需要解决的低成本地实现多芯片同测，并且要尽可能地避免芯片与芯片之间的干扰问题。 

    3 非接触IC卡芯片整体的测试解决方案
 
    图3-1是非接触IC卡芯片测试解决方案的示意图。图中上半部份从左到右依次分别是测试仪，RFID模块和待测芯片。下半部分，为IC卡测试模块及测试仪的照片。具体的工作原理如下： 

    通过集成电路测试系统的数字信号测试部分的数字信号驱动器产生一个数字信号，通过ASK信号发生器的滤波电路将该数字信号转换成相同频率和幅值的正弦波信号；再通过放大电路放大成为所需要幅值的正弦波信号(符合IS014443-B型)，给待测芯片，与此同时放大电路的后端(经放大的信号)连接到监控器，它的作用是对即将发送给芯片天线的射频信号的电压峰—峰值和调制精度进行校正；正常情况下，芯片的BPSK返回信号通过RFID模块内部进行检波，放大并进一步送给解调电路解码，最后解调电路将解调出的数字码返回数字信号测试部分的数字信号比较器，与事先保存好的标准码比较，看是否相同，以此来确定芯片的返回信号是否正确。 

    这种测试方法的优点主要有三个方面。首先，与普通的测试方法要求IC测试仪需要比较昂贵的混合信号测试部件来发送帜别RF信号相比，该解决方案只需要ATE有一般的数字电路的测试功能而不必过多占用测试仪的其它测试资源；另外，测试的整个过程和信号处理(包括模拟信号的处理)几乎都是通过RF模块在高速的状态下进行；所以测试时间与使用混合信号测试部件相比大大减少。最后，使用的RF模块直接搭载在测试电路板上，与测试仪本体完全分离，可以方便灵活的拆装，在多芯片同测时，只要使用多个RF模块即可。
 
    图3-2是使用上述测试方法，对非接触IC卡芯片进行通讯测试所采集的ASK波形。图3-3是非接触IC卡芯片对芯片的BPSK返回信号。 

    在大规模量产测试时，可以针对不同的情况采用两种方法实现多芯片同测： 

    (1)如果同测的所有DIE的返回信号周期偏移在1个ETU(一个数据单元，1ETU=16周期)内，测试系统就可以对接收的非同期信号进行识别、接收到全部的被测芯片的返回信号之后进行同期判定。另外，我们使用T6000系列测试系统的MATCH功能来识别返回信号的起始位置。
 
    (2)在实际的测试过程中，我们发现：使用RF模块进行通信试验、由于发送信号的调制及接受信号的解调全部在高速的模拟信号状态下进行、所要测试时间非常短。一般来说，通信测试所占的测试时间很短，大约占完成整个测试流程所需时间的1％左右。因此完全可以以顺序单测的方式来进行测试，而不会因此过多增加测试时间。 

    另外，对没有专用测试端子而仅通过2个射频天线端子对芯片内部EEPROM进行测试而言，由于芯片内部对外加信号的反应时间不尽相同，造成芯片与芯片之间的返回的非同步性，我们采取同时将所有采集到的返回码存储于测试仪的存储器中，再通过软件计算的方法来对多芯片实现同测。
    对于射频信号中容易出现的芯片与芯片之间串扰的问题，我们主要通过在探针卡上使用同轴屏蔽线做射频天线等方法，来尽可能减少串扰对良品率的影响。 

    图3-4是该解决方案在实际量产中已经使用的配套设备，包括专用的测试板，探针卡／台，晶圆映射图等。 

    4. 总结 

    在我国，非接触式IC卡芯片的生产和使用还处于起步阶段，目前只有少数几个经济发达城市，在公交，医疗保险等行业进行了试点，取得了良好的效果。随着国家“金卡工程”的不断深入，以及居民身份证使用非接触式IC卡，必将大大推动非接触式IC卡在中国的普及。 

    目前，影响非接触式IC卡广泛使用的因素主要有两条：一是芯片的生产工艺，二是成本。对于成本的降低来说，主要有两个方面的途径，一是显著地改进生产工艺；第二就是降低其它方面的耗费，其中比较重要的就是关系到最终成品质量的芯片测试。对于非接触式IC卡的芯片来说，由于有射频电路的存在，它就不可能是纯数字电路测试。我们可以使用混合信号的测试仪来测试，但是无论从测试本身的硬件损耗还是测试时间来说，都是不经济的。 

    本文中介绍的非接触式IC卡芯片的测试解决方案，使用即插即用的RFID Module，加上测试系统本身的一些AC／DC测试功能作为辅助验证就可以
    实现完整的RFID芯片的测试，真正地实现了低成本测试。
    以下是RFID Module的一些基本的性能参数： 
    -载波信号频率：13．56MHz 
    -载波信号振幅：O-30Vpp 
    -调制深度：5％-100％
    -负载调制方式：BPSK