基于混合域示波器的嵌入式射频系统调测
互联网 2022-11-29

嵌入式射频系统

基本上今天的每一个电子产品都是一个嵌入系统,小到电子表,大到各种复杂的控制系统。嵌入式系统实际上是专用的计算机系统,它的特征包括非PC,以应用为中心,以计算机技术为基础,适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求等。

传统嵌入式系统的组成包括:A/D、D/A、 DSP、 FPGA;闪存,即NAND、NOR;嵌入式CPU系统;电源;并行总线;串行总线;I2C、SPI、 RS-232、CAN等。值得注意的是,以上技术包括了模拟、串行和数字技术,就是混合信号。

从嵌入式系统的特点及设计要求来看,总的分为三个特点,第一是专用性,即为特定用户群设计,第二是高集成度,对器件的可靠性及性价比要求都很高,第三是实时性,这要求嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计,同步工作。

嵌入式系统设计调试的挑战

针对嵌入式系统的特点及设计要求,传统嵌入式系统设计调试也相应地面临着不小的挑战。

对于可靠性测试,我们要注意以下几点:

•各组成部分一致性测试

•各组成部分故障排查

•各组成部分潜在问题的发现

–偶发毛刺

–串扰

–噪声

对于定时分析,则要注意以下几点:

•降低控制信号时延可提高嵌入式系统

工作效率

•分析总线信号与控制信号间的时序关

系可提高嵌入式系统编程效率

这样一来,对测试仪器的要求则综合为具有混合信号测试能力,具有快速发现问题的能力和具有一致性测试能力。

MSO系列示波器

泰克MSO系列示波器型号特性如表1所示。

调试的阶段大致可分为探测、发现、捕获、搜索和分析,如图1所示。

表1 泰克MSO系列示波器型号特性

图1 调试的5个阶段

MSO系列示波器在针对这5个阶段分别具有不同的特点。

在探测方面,有TPP探头系列,1GHz带宽,3.9pF输入电容无源探头,同级2倍带宽,一半的输入电容。真正有源探头的性能,无源探头的便利。P6616数字探头,100kOhm输入阻抗,仅3pF输入电容,容许每通道独立设置阀值,可以支持多种逻辑系列。以及具有1ns脉冲检测功能。

在发现方面,DPX FastAcq具有每秒大于250 000 波形更新率。数字荧光示波器,色温等级显示,快速响应信号所有动态变化,巨细无遗。同时显示、对比多条总线上的活动,进行系统级调试。

在捕获方面,具有MagniVu 60.6ps 16.5GHz 高速数字采样技术、定时分辨率,更快,更精。最高250MB记录长度,FastFrame分段存储技术。较完善的触发组合,包括触发各种串行总线分组包。独有建立/保持时间违规触发。同级较佳的1.5%垂直精度。同级较佳的垂直灵敏度1mV/div。

在搜索方面,具有Wave Inspector快速导航与搜索功能,包括卷动/缩放;播放/暂停;用户标记;自动搜索和标记模拟数据、数字数据和串行总线数据等。MultiView Zoom具有进行多重波形缩放、重叠、对比的功能。

在分析方面,具有超过10种应用软件包,分别是ENET以太网验证;USB2.0验证;LIMIT 极限测试;通讯模板测试;DDR检验与调试;SignalVu频域与调制域分析;功率与电源分析;低速串行总线;汽车电子总线。具有53种自动测量与高级数学运算,并且,具有Windows 7扩展性、可以兼容各种软件。

MDO4000系列混合域示波器

今天的嵌入式系统,射频无处不在,如图2所示。模拟、数字、总线与射频信号同时存在,相互关联。

图2 具有射频信号的嵌入式系统

射频无处不在,例如电脑、手机、数码相机、公交收费系统、门禁系统、ETC、传感系统、汽车电子、安防系统。又例如物联网和通讯系统都必须用到射频部分。然而,射频通信标准繁多,例如WLAN、蓝牙、Transfer Jet、RFID、ZigBee、TD-LTE、GSM/CDMA/3G/4G等等。经过分析,我们发现,可靠性测试需要增加射频部分,保证所有单元同步,依然是提高嵌入式射频系统效率的关键。那么如何测试射频信号与总线信号及控制信号的定时关系呢?

MDO4000混合域示波器就是一个不错的选择。MDO4000 解决嵌入式射频系统中的疑难杂症:

•验证嵌入式射频系统的工作情况

•帮助提高嵌入式射频系统工作效率

•发现嵌入式射频系统潜在问题

•查找嵌入式系统中的噪声

•查找嵌入式射频系统电路板中的 EMI

串扰

•嵌入式射频系统中的调制域分析

•嵌入式射频系统中的通用射频指标测

•嵌入式系统中的时域测试

MDO4000混合域示波器内置了频谱分析仪,有专用射频路径,3GHz或6GHz输入和>1GHz带宽。MDO4000混合域示波器还具有21条通道时间相关的测试,如图3所示。

图3 MDO4000混合域示波器

MDO4000系列混合域示波器是多种仪器功能于一台的示波器,这些功能有示波器功能,逻辑分析仪功能,能实现协议分析,包括总线解码和总线时序分析,还有频谱分析仪功能,能实现调制域分析。而这个示波器的深度只有5.8英寸。

MDO4000能测试射频信号 AVT、FVT及PVT,并能将射频信号转存为TIQ 格式进行后台分析。

MDO4000 独特的创新表现在射频信号与其他域信号实现时间相关分析,例如基带信号与射频信号、控制信号与射频信号、电源与射频信号、协议与射频信号等。MDO4000系列混合域示波器是一个五合一系统,对任何既需要示波器,又需要频谱仪的客户,MDO 将体现性价比优势。它相当于MSO4000B 示波器+中档频谱仪(指标优于入门级频谱仪),价格优于分别购买同档次两台仪表,即使客户不需要混合域分析,用500M带宽示波器也可分析3GHZ载频的调制信号,选配TPA-N-VPI 适配器可以把任何有源50Ω TekVPI 探头连接到RF输入上。

测试实例

第一个实例是关于利用MDO4000 验证RFID 读卡器工作情况,如图4所示。经过分析,我们发现,RFID标准测试项目多,包括时域参数,包括频域参数,包括调制域参数,要求各域参数时间相关等等。对 RFID 测试仪器的要求则有需要优异的触发机制捕获间歇微功率信号、跳频信号等,需要具备基本的时域、频域分析能力,需要具有调制域分析能力测试 RFID 解调信号波形,需要跨域分析能力调测嵌入式 RF 系统,需要逻辑分析能力解决竞争冲突等。

图4 RFID 读卡器工作情况

RFID一致性测试主要包括了载波测试,杂散,ACPR,时域功率和包络,解调和解码测试。图5中RFID波形图中标注了测试的位置和项目,灰色部分代表了载波测量项目,绿色代表了功率开关时间参数,蓝色代表了包络和解调部分。

图5 RFID一致性测试

对于900MHz以下RFID信号,MDO4000 示波器功能直接测试时域指标,MDO4000 频谱仪功能直接测试频域指标,MDO4000 AvT或FvT功能直接读出简单ASK或FSK代码。MDO4000可转存为TIQ文件后利用RSAVu 进行台分析RFID全部指标。

第二个实例是锁相环建立。当时域和频域信号同时显示时,频谱总是通过触发捕获得到的,在时间上与整个时域波形相关,如图6所示,橘黄色的横条指明了频谱来自于什么时刻,橘黄色横条被称作频谱分析时间,请注意在全部波形简略图上也有相应标记,时域波形的时间称作模拟时间,是通过水平刻度旋钮来调节。

图6 锁相环建立的时域波形和频域分析

频谱分析时间=窗口参数/分辨率带宽RBW。在本例中,设定频谱分析时间= 2.23/300 000 =7.4µs。频谱分析时间可以使用Wave Inspector Pan(波形导航平移工具)控制,沿模拟时间移动,用户可以在一次采集后观测整个过程的频域变化。频谱分析时间沿模拟时间移动时,频谱显示的并不是时域波形的频谱图,而是对应于时域波形的某一时刻(频域分析时间对应的时刻)连接到RF端的射频信号的频谱。当频谱分析时间移动时,我们可以看到整个RF信号频谱变化的过程。由于放大窗口可以在整个模拟时间内平移,频域窗口可以完全连续显示和放大窗口时间相关频谱的情况。打开放大窗口后,再使用平移功能时,移动的是放大窗口,而不再是频谱分析时间,但频谱分析时间总是保持在放大窗口的正中间,如图7所示。

图7 锁相环建立的分析演示

MDO 特色总结

综上所述,MDO混合域示波器具有三大要素:第一,时间相关跨域分析;第二,宽带、高时间精度调制域分析;第三,五合一系统。

问答选编

问: MDO4000可以测试哪些射频指标?

答: 功率、OBW、ACPR以及频谱。

问: 请问MDO4000测量和分析结果如何输出?采用何种文件格式?

答: 图形、波形、CSV。

问: 存储深度多少?可以增加吗?

答: 示波器模拟通道每通道20M,RF通道1G。

问: MDO4000最多可以同时支持几种种不同的串行接口?

答: 关键看总线的数,对小于四条的总线,可同时测试4个。

问: mso和mdo的区别主要是什么?

答: MDO有RF输入接口,集成了频谱分析仪,可以做时频域联调。

问: 调制域分析是什么概念?

答: 射频的幅度、频率、相位随时间的变化,利用矢量分析软件可对数字调制解调。

问: MSO有几个型号?

答:有2000,3000,4000,5000多个系列,每个系列中根据带宽,采样率对应多个型号。

问: MDO4000最多可以进行多少通道的测试?

答: 总共有16路数字通道,4路模拟,1路RF通道,共21条,都可同时进行测试。

问: 增加射频部分对测试有什么好处?

答: 可以看射频信号随基带及控制信号的变化,而变化的过程,并且完全同步显示。

问: 五合一系统优势比较明显吗?

答: MDO最突出的优势是跨域分析,五合一系统为测试人员提供了方便性。

问: MDO4000混合域示波器的应用领域主要有哪些?

答: 嵌入式射频系统探测、宽带信号分析、瞬变信号采集与分析等等。

问: 在使用泰克示波器的时候,如何处理来自现场的干扰?

答: MDO自带频谱仪,能跨域发现这些干扰问题。

问: 利用 MDO4000如何看很短时间的频谱?

答: MDO具有多种触发机制,设置触发好可讲瞬态频谱采集下来分析。

问: 示波器都有哪些触发方式?

答: 示波器触发方式有射频功率触发,组合触发等等。

问: 如何用MDO查找嵌入式系统电路板中的 EMI 串扰?怎么能更精确的确定干扰源?

答: 通过选用近场探头。

问: MDO4000分析结果的输出方式有哪些?可以导出?

答: 输出方式有图形、CSV、波形、射频IQ等,这些可以直接存储到U盘。

问: MDO4000主要包括哪些设备?

答: 示波器+频谱仪+逻辑分析仪+调制域分析仪+协议分析仪。

问: MDO4000示波器能不能用普通示波器代替?

答:MDO的特色是跨域分析,普通示波器无法替代,但MDO可以替代普通示波器(小于1G带宽)。

问: 如何追踪和消除无线嵌入式系统中的噪声和杂散信号?

答: 首先用MDO测试出嵌入式系统中的噪声问题,如何清除则需根据测试出的不同问题具体分析。

问:请问频谱分析有何特点?

答:是中档频谱仪指标,具有11个自动峰值显示,具有三维频谱显示,还具有调制域分析功能。

问: 测量射频采用什么探头,如何测量射频的场强?

答: 射频用天线测试,或使用泰克VPI-N转换器,用示波器探头测试。

问: 在调试RFID系统时,如何测量标签的返回信号?

答: 天线接收可以同时采集到读卡器和标签的信号。

问: 如果用于物联网使用,用哪一些产品比较经济实用?

答: 看哪个频段的,如5.8G则用MDO4054-6,如2.4G则MDO4054-3。

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