高性能超高頻RFID產(chǎn)品如何煉成的
隨著業(yè)務(wù)的擴(kuò)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(yuǎn)沒有當(dāng)初設(shè)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(shù)的工程師眼里,尤其是本身在無線領(lǐng)域有一定建樹的工程師眼里,RFID沒有什么技術(shù)門檻。在筆者承擔(dān)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?,F(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(shè)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(shè)計
開發(fā)RFID產(chǎn)品,需要針對客戶需求來設(shè)計產(chǎn)品整體方案,有些是直接設(shè)計成成品,也有些先設(shè)計核心讀寫模塊,再設(shè)計周邊電路。筆者的任務(wù)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(yīng)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(cè)重讀寫性能,有些客戶可能更關(guān)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(tuán)隊首先要面對的問題就是如何針對需求設(shè)計出對應(yīng)的硬件方案和PCB板。
超高頻RIFD原理圖的設(shè)計相對比較簡單,但PCB電路設(shè)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(shè)計特別“講究”,每個元件的擺放位置都要斟酌,要依據(jù)相關(guān)理論和經(jīng)驗,否則失之毫厘,謬之千里。當(dāng)時筆者沒有經(jīng)驗,除了惡補(bǔ)理論之外,就是不斷的進(jìn)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(dá)標(biāo)的部分就保留,不達(dá)標(biāo)的就改進(jìn),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(shè)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(shù)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(shù)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(jié)的經(jīng)驗是:“電路設(shè)計是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ),關(guān)系到產(chǎn)品的最終性能是滿足需求,所以非常關(guān)鍵,一定要嚴(yán)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。”
第二道難題:PCB板
如果電路設(shè)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(nèi)能做出符合電路設(shè)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(dá)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(zhì)量呢?一個主要原因就是,國內(nèi)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(zhì)量參差不齊,這就造成了很多時候即使是同一個設(shè)計方案,在不同的廠家做出來的樣品,其測試結(jié)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(rèn)識到國內(nèi)的配套產(chǎn)業(yè)是多么的不成熟,以至于有了好方案,好設(shè)計,也難做出好產(chǎn)品!好在工夫不負(fù)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(nèi)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(yīng)商都沒有現(xiàn)貨,即使像在深圳華強(qiáng)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(yán)重的影響了產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)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(nèi)心也飽受煎熬。
因此關(guān)于采購元器件,筆者的經(jīng)驗是:“在原理設(shè)計階段就要找好一到二家元器件供貨商,結(jié)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(shù)支持。不至于影響產(chǎn)品開發(fā)的進(jìn)度,千萬不要等到PCB板回來再去買料?!?/P>
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(yuǎn)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(bǔ)補(bǔ)的做產(chǎn)品,還不如一開始就采取高標(biāo)準(zhǔn)的加工工藝。
然而新的問題又誕生了,那就是國內(nèi)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(jié),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(shè)計和制造過程中遇到的四大難題,筆者認(rèn)為在RFID產(chǎn)品開發(fā)過程中,還必須要應(yīng)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(shù)的綜合性太強(qiáng),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(yán)重的不足。雖說目前一些高校正在開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的專業(yè),但真正到了企業(yè),這樣的“人才”根本就達(dá)不到現(xiàn)實的要求。所以,在UHF RFID領(lǐng)域,由于國內(nèi)對一些關(guān)鍵核心技術(shù)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(nèi)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(rèn)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(dāng)?shù)某粤Γ依速M嚴(yán)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(shè)備成本高
在UHF的開發(fā)過程中,需要進(jìn)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(dá)到要求,是否符合無線電法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。而測試就需要專門的儀器設(shè)備,小微企業(yè)沒有能力來支付一系列的設(shè)備購置費用。一般臺網(wǎng)絡(luò)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(yù)算。如果把所有的設(shè)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(nèi)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(yīng)商能提供的測試服務(wù)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(shè)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(guān)鍵。開發(fā)者要想突破這些技術(shù)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(yù)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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