Extended chip card resonance frequency measurement method

Abstract

In den letzten Jahren haben die RFID Technologie und ihre Anwendungen wesentlich an Bedeutung gewonnen. Der Hauptgrund dafür ist die verbreitete Verwendung von kontaktlosen Chipkarten im Zahlungsverkehr und behördlich ausgestellten Ausweisen. Diese Karten beruhen auf den Prinzipien des Resonanzschwingkreises sowie der induktiven Kopplung. Dadurch stellt die Resonanzfrequenz einen der wichtigsten Parameter für die Entwicklung und Verifikation von kontaktlosen Chipkarten dar. Die derzeit etablierte Methode der Resonanzfrequenzmessung wird mit einem Netzwerkanalysator durchgeführt, was gewisse Nachteile im Sinne der Genauigkeit und Objektivität der Messung mit sich bringt. Eine neue Methode zur Resonanzfrequenzmessung wird in dieser Arbeit vorgestellt. Diese Methode gibt eine genauere Definition der Resonanzfrequenz an, schließt die Subjektivität aus und erlaubt die Integration der Messung in die standardisierten Testeinrichtungen. Die Methode verwendet Signalverarbeitung und Systemmodellierung um die maximale Wirkleistung über einen Frequenzbereich in der Chipkarte zu bestimmen. Dazu wird eine Übertragungsfunktion aus dem Modell angewendet und ein sogenanntes Chirp-Signal an den Eingang des Systems angelegt. Das bestimmte Maximum der Wirkleistung wird der entsprechenden Frequenz im Chirp-Signal zugeordnet, was als die neue Resonanzfrequenz definiert ist. Die Durchführbarkeit der Methode wird sowohl mittels Simulationen als auch durch Vergleichsmessungen mit der derzeit etablierten Methode nachgewiesen. Die Ergebnisse zeigen, dass die neue Methode wesentliche Vorteile gegenüber der Netzwerkanalysatormethode bietet.

In recent years, RFID technology and its applications have substantially increased in importance, mainly due to expanding use of contactless chip cards in payment and government identification sectors. These cards rely on the principles of resonant circuits and inductive coupling, making resonance frequency an important parameter for their development and verification. The currently established method for measuring resonance frequency is performed on a vector network analyzer and it features certain disadvantages with respect to accuracy and objectivity of the measurement. A new method for measuring resonance frequency is presented in this thesis. This method gives a more accurate definition of resonance frequency, removes any subjectivity, and makes the measurement integrable into standardized test setups. The method utilizes signal processing and system modeling to determine the maximum active power over a range of frequencies in the chip card. This is achieved by applying a transfer function obtained from the model and by using a so-called chirp signal as input to the system. The determined maximum of active power is mapped to the corresponding frequency in the chirp signal, which is defined as the new resonance frequency. Feasibility of the new method is confirmed by simulations, as well as by comparing measurement results with the currently established method. The results show that the new method offers significant advantages over the vector network analyzer method.