高性能超高頻RFID產(chǎn)品如何煉成的
隨著業(yè)務的擴張,又或者客戶對RFID功能的需求,很多RFID行業(yè)外的企業(yè)開始“觸電”RFID。然而在觸電過程中這些企業(yè)才發(fā)現(xiàn),開發(fā)一款RFID產(chǎn)品遠沒有當初設想中那么簡單,不但開發(fā)過程中遭遇各類“稀奇古怪”的問題,同時外部環(huán)境也是非常不給力。為了讓開發(fā)RFID產(chǎn)品的道路會不再這么崎嶇坎坷,筆者將自己兩年多開發(fā)從零到有,開發(fā)RFID產(chǎn)品的經(jīng)驗做了整理,分享給大家。
在有一定技術的工程師眼里,尤其是本身在無線領域有一定建樹的工程師眼里,RFID沒有什么技術門檻。在筆者承擔RFID產(chǎn)品開發(fā)項目時也不曾想到,一款RFID產(chǎn)品的開發(fā)會遭遇這么多的溝坎和阻難。現(xiàn)在回首兩年多來的開發(fā)歷程,除了有一絲成功的喜悅外,就剩下一肚子的“苦水”。
四大難題
開發(fā)一款RFID產(chǎn)品,不但在研發(fā)設計上會遭遇難題,在制造過程也會遇到各種各樣的問題,筆者在開發(fā)過程中主要遭遇了四個大的難題。
第一道難題:電路設計
開發(fā)RFID產(chǎn)品,需要針對客戶需求來設計產(chǎn)品整體方案,有些是直接設計成成品,也有些先設計核心讀寫模塊,再設計周邊電路。筆者的任務是屬于第二類,需要將UHF RFID作為一個功能嵌入到另一個產(chǎn)品中。因客戶應用場景的不同,對產(chǎn)品還會有一些偏好上的不同。有些客戶可能側重讀寫性能,有些客戶可能更關注功耗,有些客戶則需要兩者的平衡,更重要的一點是還要保證合理的成本。因此筆者和團隊首先要面對的問題就是如何針對需求設計出對應的硬件方案和PCB板。
超高頻RIFD原理圖的設計相對比較簡單,但PCB電路設計就沒那么容易了,特別是對于一名“RFID新手”而言,可謂步步驚心。RFID板的RF部分設計特別“講究”,每個元件的擺放位置都要斟酌,要依據(jù)相關理論和經(jīng)驗,否則失之毫厘,謬之千里。當時筆者沒有經(jīng)驗,除了惡補理論之外,就是不斷的進行改板,做出一板后,馬上拿到儀器上去測試。一段段線路去分析,性能達標的部分就保留,不達標的就改進,有時遇到自己解決不了的問題,就虛心的向同行請教,就這樣把電路設計上的問題一個一個統(tǒng)統(tǒng)解決掉,消化掉……。
整個過程好比摸著石頭過河,加班、推倒重來、為技術問題爭論到臉紅脖子粗都是常有的事。不過這個過程,回想起來也不算枯燥,每攻克一個技術難題,都會令人興奮不已。非常累也非常充實,RFID的“神秘感”深深地吸引著我們。
這個難題,筆者總結的經(jīng)驗是:“電路設計是基礎中的基礎,關系到產(chǎn)品的最終性能是滿足需求,所以非常關鍵,一定要嚴格測試,用數(shù)據(jù)說話,不能有得過且過的思想,不要有僥幸心理,否則將問題帶到量產(chǎn)環(huán)節(jié),再去解決成本就會很高?!?/P>
第二道難題:PCB板
如果電路設計是規(guī)劃圖,那么PCB板就是依照規(guī)劃圖修建的樓房。從圖紙到實體總是會遇到很多意想不到的問題,也就是我們常說的“理想很美好,現(xiàn)實很殘酷”。筆者在自己做樣片的時候才知道,國內能做出符合電路設計要求的PCB板廠商真的太少了。PCB廠家要么缺少經(jīng)驗,要么工藝水平根本就達不到。因此,哪怕是生產(chǎn)一個各方面都滿足自己要求的樣品,都是一件既費力又費時的事情。
具體是什么原因在影響樣品的質量呢?一個主要原因就是,國內PCB廠家對自己生產(chǎn)出來的PCB阻抗很難把控。另外就是所用的高頻板材質量參差不齊,這就造成了很多時候即使是同一個設計方案,在不同的廠家做出來的樣品,其測試結果都不一樣,有的性能上甚至差一倍。即便樣品生產(chǎn)都合格的PCB 廠家,在小批量試產(chǎn)時也會出現(xiàn)一致性差的問題,而UHF這個特殊的產(chǎn)品對PCB板材的一致性要求比很高,如果板的一致性得不到保障,那么做出的產(chǎn)品性能就會相差很大。
在這個難題中,筆者認識到國內的配套產(chǎn)業(yè)是多么的不成熟,以至于有了好方案,好設計,也難做出好產(chǎn)品!好在工夫不負有心人,我們最后總算“淘”出了自己滿意的PCB板。
對于如何尋找好的PCB廠商,筆者的經(jīng)驗是:“美國的是最好的,臺灣的次之,內地的只能多咨詢和嘗試,千萬不能為圖方便和便宜,隨隨便便找個PCB廠,那樣最終痛苦的還是自己。”
第三道難題:元器件
UHF模塊工作的頻段很特殊,因此所采用的元器件也不是常規(guī)用料,加上這個行業(yè)用量有限,很多供應商都沒有現(xiàn)貨,即使像在深圳華強北這樣大規(guī)模的電子市場也難買到現(xiàn)成的,因此一般來說企業(yè)只能選擇從原廠購訂貨。但是由于單次用量不大,廠家都會按照樣品的價格和方式來供貨。這樣不但元器件的價格高,而且供貨的周期還比較長,至少也要半月到一個月的時間,會嚴重的影響了產(chǎn)品開發(fā)進度。
筆者記憶最深的是,在一次產(chǎn)品開發(fā)的過程中,需要購買一個濾波器,在市場上尋覓多次無果,我們就立刻向原廠申請樣品,上上下下花費了差不多一個月的時間,這種漫長的等待讓研發(fā)工作時常處于中斷的狀態(tài),內心也飽受煎熬。
因此關于采購元器件,筆者的經(jīng)驗是:“在原理設計階段就要找好一到二家元器件供貨商,結成合作伙伴,這樣不但成本下降,而且可以縮短供貨周期,同時也能獲得必要的技術支持。不至于影響產(chǎn)品開發(fā)的進度,千萬不要等到PCB板回來再去買料。”
第四道難題:貼片
元器件采購和PCB板生產(chǎn)都順利完成后,就可以貼片。貼片完成,一個RFID產(chǎn)品的核心部分就基本成形了。然而問題永遠都會在前面等著。筆者發(fā)現(xiàn)原來貼片的難度比前面幾個都大,甚至刷錫膏厚度的不同,也會對性能造成巨大的影響。
隔行如隔山,這個環(huán)節(jié)還不能自己去做。因為就算是自已親手做貼片,其良品率、一致性也不會太高,與其修修補補的做產(chǎn)品,還不如一開始就采取高標準的加工工藝。
然而新的問題又誕生了,那就是國內大部分的SMT廠家的生產(chǎn)工藝都難保證UHF產(chǎn)品的一致性。筆者又不得不踏上篩選SMT廠家的路程。通過對比總結,筆者發(fā)現(xiàn)目前臺灣的廠家在工藝和性價比方面優(yōu)勢明顯,也是目前最好的選擇。
三大阻礙
除了設計和制造過程中遇到的四大難題,筆者認為在RFID產(chǎn)品開發(fā)過程中,還必須要應對三大宏觀的阻礙。
第一重阻礙:專業(yè)人才不足
大家都想吃到RFID這個誘人的大“蛋糕”,但許多企業(yè)都不得不面臨RFID專業(yè)人才缺乏的大問題。由于RFID技術的綜合性太強,對實踐經(jīng)驗的要求比較高,兼行業(yè)膨脹速度過快,因此,RFID專業(yè)人才的供給顯得嚴重的不足。雖說目前一些高校正在開設物聯(lián)網(wǎng)相關的專業(yè),但真正到了企業(yè),這樣的“人才”根本就達不到現(xiàn)實的要求。所以,在UHF RFID領域,由于國內對一些關鍵核心技術的缺乏,人才培養(yǎng)將是一個很大的問題。許多企業(yè)試圖在行業(yè)內找經(jīng)驗和能力的專業(yè)的人才,以便能縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,但最終都難以如愿。
筆者認為,真正的RFID專業(yè)人才確實需要企業(yè)自己培養(yǎng),而且這個周期很長,一般要以年為單位計算。其最切身體會就是,在開發(fā)產(chǎn)品的過程中,如果讓有過開發(fā)經(jīng)驗的人來解決一些實際問題,其優(yōu)勢很明顯,因為他懂得哪些問題該如何規(guī)避;相反,就會相當?shù)某粤?,而且浪費嚴重。所以在將來,這類人才就會成為公司的財富,而且是很難同他人分享的財富。
第二重阻礙:測試設備成本高
在UHF的開發(fā)過程中,需要進行各種RFID射頻信號和整體性能的測試。RFID讀寫模塊和手持產(chǎn)品研發(fā)和制造企業(yè),少不了要測試產(chǎn)品是否達到要求,是否符合無線電法規(guī)和行業(yè)標準。而測試就需要專門的儀器設備,小微企業(yè)沒有能力來支付一系列的設備購置費用。一般臺網(wǎng)絡分析儀式動輒20萬到30萬,再加信號與頻譜分析儀、示波器等的成本,最少都要幾十萬的預算。如果把所有的設備配齊就需上百萬。這么高昂的成本,就成為了研發(fā)RIFD的一個大的阻礙。雖然目前行業(yè)內業(yè)存在一些公共的測試平臺,但受制于時間空間約束,收費也不便宜,部分供應商能提供的測試服務也只能僅限于其售賣的元器件,如天線廠家只能對天線性能做測試,對整個產(chǎn)品開發(fā)的幫助還是很有限。
第三重阻礙:配套軟件不成熟
UHF讀寫芯片原廠一般會為設計公司提供Demo版本的開發(fā)軟件。該軟件能在一定程度上減少開發(fā)工作量。但是,原廠提供的Demo版本目前來說都或多或少的存在BUG,而且這些BUG對產(chǎn)品性能來又都很關鍵。開發(fā)者要想突破這些技術障礙,要么花錢去購買更為成熟的二次開發(fā)包,要么自已花很長的時間去研究,解決這些問題,對于資金和研發(fā)實力相對有限的公司來講,這個阻力會很大,難以攻克。所以,在目前的市場上無法找到一個既廉價又合適的方案可供使用。這個也在一定程度上制約了RIFD的快速發(fā)展。
在UHF RFID產(chǎn)品研發(fā)過程中,筆者遭遇過的這七大問題,也會是很多企業(yè)目前開發(fā)RFID產(chǎn)品普遍面臨的問題。預計要做出性能更卓越的產(chǎn)品還會遭遇比筆者遇到過的問題更大的問題。但堅信只要我們鍥而不舍,就一定會迎接來RIFD世界更加美好的明天。
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