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8-2022

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik So testet

Messtechnik So testet man Ultrabreitband-Produkte Am Beispiel des UWB Digital Keys für Fahrzeuge wird hier gezeigt, wie man solche UWB-Produkte testen kann. Entfernungsmesstechnik namens Time-of-Flight (ToF). Wie der Name schon sagt, nutzt diese Methode die Laufzeit des HF- Signals zwischen den Geräten, um die Entfernung zu messen. Der Ankunftswinkel (Angle of Arrival, AoA) fügt eine weitere Ebene des räumlichen „Bewusstseins“ hinzu, indem er die Richtung der Ankunft des Signals angibt. Im Vergleich zu anderen Technologien, die sich auf die gemessene Signalstärke stützen, um die Entfernung zu ermitteln, bietet UWB ein höheres Maß an Genauigkeit und Sicherheit. Mehr zur Genauigkeit Quelle: Automotive Manufacturing Testing for Ultra-wideband (UWB) Digital Key 2020, LitePoint, Corp. übersetzt von FS Die Systeme Passive Keyless Entry (PKE) und Passive Entry Passive Start (PEPS) ermöglichen es dem Fahrer, sein Auto zu entriegeln und zu starten, ohne dass er den Schlüssel aus der Tasche nehmen muss. Aufgrund ihrer Beliebtheit haben sich diese Systeme von der Luxusklasse aus zu einem erwarteten Merkmal aller Neuwagen entwickelt. Relais-Angriffe haben jedoch die Schwachstellen der in den heutigen PKE-Systemen verwendeten Technologien aufgezeigt. Autodiebe können sie mit relativ kostengünstigen und leicht erhältlichen Werkzeugen knacken. Die nächste Generation Das CCC (Connectivity Car Consortium) für den Standard Digital Key 3.0 hat eine Kombination aus Bluetooth-LE-, UWBund NFC-Technologien für die nächste Generation von PKEund PEPS-Systemen gewählt. Diese Entscheidung ist sinnvoll, da UWB sowohl eine hochpräzise Standortbestimmung als auch das erforderliche Maß an Sicherheit bietet, um böswillige Angriffe zu verhindern. Über den schlüssellosen Zugang hinaus werden neue Anwendungsfälle erschlossen, wenn die Telefonhersteller diese Technologie in ihre Telefone der nächsten Generation einbetten. Neue Anwendungen wie die gemeinsame Nutzung von Schlüsseln oder die Schlüsselübertragung für Carsharing, Autovermietungen oder Firmenflotten werden möglich und sicher. Warum UWB? UWB vereint hohe Positionierungsgenauigkeit (im Zentimeterbereich) und Sicherheit und ist daher die Technologie der Wahl für zukünftige PKE- und PEPS-Anwendungen. Basierend auf dem Standard IEEE 802.15.4z, verwendet UWB eine Die UWB-Kommunikation besteht aus einem Nachrichtenaustausch zwischen dem UWB-Schlüsselanhänger (auch Tag genannt) und dem UWB- Anker an Bord des Fahrzeugs. Die Time-of-Flight-Messung verwendet bestimmte Felder in den UWB-Nachrichten als Zeitstempel zur Berechnung der Entfernung. UWB verwendet sehr kurze Pulse (in der Größenordnung von Nanosekunden) eines Niedrigenergiesignals mit einer großen Bandbreite (>500 MHz). Die große Kanalbandbreite und die kurzen Impulse machen diese Technologie im Vergleich zu Schmalbandsignalen sehr robust in einer Mehrwegeumgebung mit Störquellen durch Reflexionen oder Brechung. Darüber hinaus arbeitet UWB in einem breiten Frequenzbereich (3,1 bis 10,6 GHz) und kann daher auf einem Kanal betrieben werden, der nicht durch Bluetoothoder WiFi-Systeme gestört wird, die sich ebenfalls im Fahrzeug befinden. Zur Sicherheit PKE-Technologien, die auf der Messung der Signalstärke beruhen, um die Entfernung zu ermitteln, können leicht Gegenstand von Relais-/Man-in-the-Middle- Angriffen sein, bei denen die 40 hf-praxis 8/2022

Messtechnik Zur Fertigungsprüfung mit der UWB-Lösung von LitePoint Kommunikation des gültigen Schlüssels durch Verstärkung seines Signals gefälscht wird und dem Empfänger vorgaukelt, der Schlüssel sei in der Nähe. UWB ist von Natur aus immun gegen diese Art von Angriffen, da die Entfernungsmessung auf der Zeit basiert. Ein Relay/Replay- Angriff verlängert die Latenzzeit bei der Nachrichtenübertragung und würde daher den gegenteiligen Effekt erzielen, indem er anzeigt, dass der Schlüssel weiter vom Empfänger entfernt ist. Der Standard IEEE 802.15.4z fügt eine weitere Sicherheitsebene hinzu, indem er eine verschlüsselte Zeitstempelsequenz (STS) auf der PHY-Ebene verwendet. Sie besteht aus einem kryptografischen Zeitstempel, um den Schutz vor Entschlüsselung oder Manipulation durch Dritte zu gewährleisten. Fertigungsprüfung von UWB-Produkten Die UWB-Technologie bringt neue Herausforderungen für die Fertigungsumgebung mit sich. Die Validierung der Leistung des Prüflings umfasst herkömmliche Leistungs- und Frequenztests für Sender und Empfänger und bringt mit der Notwendigkeit, die Verzögerung zu kalibrieren und zu messen, eine neue Dimension mit sich. Ein Fehler von ±100 ps bei der ToF-Messung führt zu einer Positionsgenauigkeit von ±3 cm. Kalibrierung und Validierung des Prüflings in der Fertigungslinie sind von entscheidender Bedeutung, um eine konsistente Leistung von Gerät zu Gerät zu gewährleisten und letztendlich die Erwartung des Endkunden zu garantieren. Daher muss die Testlösung einen ToF-Messmechanismus mit einer Präzision liefern, die um eine Größenordnung besser ist als die des Prüflings, um Genauigkeit zu gewährleisten. Die UWB-Lösung von LitePoint ist der erste zweckbestimmte UWB-Tester, der einen hochpräzisen Triggermechanismus für die ToF-Validierung mit einer Genauigkeit im Pikosekundenbereich gewährleisten kann. Die folgenden Abschnitte beschreiben die Schlüsselbereiche für eine vollständige Abdeckung während der Fertigungstests von UWB-Schlüsselanhängern und -Ankern in einem Auto. Quarzkalibrierung (CFO-Offset- Kalibrierung) Die Quarzkalibrierung ist im Allgemeinen der erste Schritt bei der Fertigungsprüfung. Diese Kalibrierung trimmt die Quarzabstimmkondensatoren und reduziert den anfänglichen Frequenzversatz des Quarzes auf wenige ppm gegenüber dem Referenztakt des Testers. Dieser Schritt ist entscheidend für die ToF-Genauigkeit und verbessert die Empfängerempfindlichkeit durch Minimierung des CFO- Fehlers. Die Quarzkalibrierung erfordert eine Hochleistungs- Taktreferenz des Testers. Kalibrierung der Transmitter- Leistung UWB ist so geregelt, dass die Sendeleistung sehr niedrig ist. Die FCC legt den Grenzwert auf -41,3 dBm/MHz Strahlungsleistung (RMS) fest. Die Kalibrierung der Sendeleistung gewährleistet die Einhaltung der FCC-Grenzwerte oder anderer Vorschriften. Um die höchste Bereichsleistung zu erreichen, stellt diese Optimierung sicher, dass die Verstärkung des Prüflings maximiert werden kann, während gleichzeitig die gesetzlichen Grenzwerte eingehalten werden und die Schwankungen von Gerät zu Gerät berücksichtigt werden. Diese Kalibrierung erfordert, dass der Tester eine Bandbreite von 500 MHz bis 1 GHz unterstützt. Prüfung des Senders Die Senderverifizierung verwendet das zuvor kalibrierte Sendesignal des Prüflings, um die Modulationsqualität und die Konformität der spektralen Emissionen zu überprüfen. Sie liefert Metriken, die zur Erkennung von Herstellungsfehlern, wie Bauteil- oder Lötfehlern, sowie von Grenzwertproblemen aufgrund von Bauteiltoleranzen verwendet werden können. Um Interoperabilität und Leistung zu gewährleisten, werden Metriken und Grenzwerte in Bezug auf die UWB-Pulsform und verschiedene Pulsparameter in IEEE 802.15.4z definiert oder können von einem Industriekonsortium festgelegt werden. Empfängertests Die Prüfung der Paketfehlerrate (PER) wird durchgeführt, um sicherzustellen, dass ein Mindestmaß an Empfindlichkeit für die verschiedenen Datenraten erreicht wird. In der Regel werden die Grenzwerte so festgelegt, dass der Prüfling bei einem bestimmten empfangenen Eingangssignal weniger als 1% PER erreicht. Dieser Test kann mit einem Leistungs-Sweep oder bei einem festen Mindestpegel durchgeführt werden, um die Leistung zu garantieren. ◄ hf-praxis 8/2022 41

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