混合域示波器在嵌入式射頻系統設計中的應用

基本上今天的每一個(gè)電子產(chǎn)品都是一個(gè)嵌入系統，小到電子表，大到各種復雜的控制系統。嵌入式系統實(shí)際上是專(zhuān)用的計算機系統，它的特征包括非PC，以應用為中心，以計算機技術(shù)為基礎，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求等。

傳統嵌入式系統的組成包括：A/D、D/A、 DSP、 FPGA;閃存，即NAND、NOR;嵌入式CPU系統;電源;并行總線(xiàn);串行總線(xiàn);I2C、SPI、 RS-232、CAN等。值得注意的是，以上技術(shù)包括了模擬、串行和數字技術(shù)，就是混合信號。

從嵌入式系統的特點(diǎn)及設計要求來(lái)看，總的分為三個(gè)特點(diǎn)，第一是專(zhuān)用性，即為特定用戶(hù)群設計，第二是高集成度，對器件的可靠性及性?xún)r(jià)比要求都很高，第三是實(shí)時(shí)性，這要求嵌入式系統的硬件和軟件都必須高效率地設計，同步工作。

嵌入式系統設計調試的挑戰

針對嵌入式系統的特點(diǎn)及設計要求，傳統嵌入式系統設計調試也相應地面臨著(zhù)不小的挑戰。
對于可靠性測試，我們要注意以下幾點(diǎn)：
•各組成部分一致性測試
•各組成部分故障排查
•各組成部分潛在問(wèn)題的發(fā)現
–偶發(fā)毛刺
–串擾
–噪聲

對于定時(shí)分析，則要注意以下幾點(diǎn)：

•降低控制信號時(shí)延可提高嵌入式系統
工作效率
•分析總線(xiàn)信號與控制信號間的時(shí)序關(guān)
系可提高嵌入式系統編程效率
這樣一來(lái)，對測試儀器的要求則綜合為具有混合信號測試能力，具有快速發(fā)現問(wèn)題的能力和具有一致性測試能力。

MSO系列示波器

泰克MSO系列示波器型號特性如表1所示。

調試的階段大致可分為探測、發(fā)現、捕獲、搜索和分析，如圖1所示。

表1 泰克MSO系列示波器型號特性

MSO系列示波器在針對這5個(gè)階段分別具有不同的特點(diǎn)。

在探測方面，有TPP探頭系列，1GHz帶寬，3.9pF輸入電容無(wú)源探頭，同級2倍帶寬，一半的輸入電容。真正有源探頭的性能，無(wú)源探頭的便利。P6616數字探頭，100kOhm輸入阻抗，僅3pF輸入電容，容許每通道獨立設置閥值，可以支持多種邏輯系列。以及具有1ns脈沖檢測功能。

在發(fā)現方面，DPX FastAcq具有每秒大于250 000 波形更新率。數字熒光示波器，色溫等級顯示，快速響應信號所有動(dòng)態(tài)變化，巨細無(wú)遺。同時(shí)顯示、對比多條總線(xiàn)上的活動(dòng)，進(jìn)行系統級調試。

在捕獲方面，具有MagniVu 60.6ps 16.5GHz 高速數字采樣技術(shù)、定時(shí)分辨率，更快，更精。最高250MB記錄長(cháng)度，FastFrame分段存儲技術(shù)。較完善的觸發(fā)組合，包括觸發(fā)各種串行總線(xiàn)分組包。獨有建立/保持時(shí)間違規觸發(fā)。同級較佳的1.5%垂直精度。同級較佳的垂直靈敏度1mV/div。

在搜索方面，具有Wave Inspector快速導航與搜索功能，包括卷動(dòng)/縮放;播放/暫停;用戶(hù)標記;自動(dòng)搜索和標記模擬數據、數字數據和串行總線(xiàn)數據等。MultiView Zoom具有進(jìn)行多重波形縮放、重疊、對比的功能。
在分析方面，具有超過(guò)10種應用軟件包，分別是ENET以太網(wǎng)驗證;USB2.0驗證;LIMIT 極限測試;通訊模板測試;DDR檢驗與調試;SignalVu頻域與調制域分析;功率與電源分析;低速串行總線(xiàn);汽車(chē)電子總線(xiàn)。具有53種自動(dòng)測量與高級數學(xué)運算，并且，具有Windows 7擴展性、可以兼容各種軟件。

MDO4000系列混合域示波器

今天的嵌入式系統，射頻無(wú)處不在，如圖2所示。模擬、數字、總線(xiàn)與射頻信號同時(shí)存在，相互關(guān)聯(lián)。

圖2 具有射頻信號的嵌入式系統

射頻無(wú)處不在，例如電腦、手機、數碼相機、公交收費系統、門(mén)禁系統、ETC、傳感系統、汽車(chē)電子、安防系統。又例如物聯(lián)網(wǎng)和通訊系統都必須用到射頻部分。然而，射頻通信標準繁多，例如WLAN、藍牙、Transfer Jet、RFID、ZigBee、TD-LTE、GSM/CDMA/3G/4G等等。經(jīng)過(guò)分析，我們發(fā)現，可靠性測試需要增加射頻部分，保證所有單元同步，依然是提高嵌入式射頻系統效率的關(guān)鍵。那么如何測試射頻信號與總線(xiàn)信號及控制信號的定時(shí)關(guān)系呢?

MDO4000混合域示波器就是一個(gè)不錯的選擇。MDO4000 解決嵌入式射頻系統中的疑難雜癥：
•驗證嵌入式射頻系統的工作情況
•幫助提高嵌入式射頻系統工作效率
•發(fā)現嵌入式射頻系統潛在問(wèn)題
•查找嵌入式系統中的噪聲
•查找嵌入式射頻系統電路板中的 EMI
串擾
•嵌入式射頻系統中的調制域分析
•嵌入式射頻系統中的通用射頻指標測
試
•嵌入式系統中的時(shí)域測試

MDO4000混合域示波器內置了頻譜分析儀，有專(zhuān)用射頻路徑，3GHz或6GHz輸入和>1GHz帶寬。MDO4000混合域示波器還具有21條通道時(shí)間相關(guān)的測試，如圖3所示。

圖3 MDO4000混合域示波器

MDO4000系列混合域示波器是多種儀器功能于一臺的示波器，這些功能有示波器功能，邏輯分析儀功能，能實(shí)現協(xié)議分析，包括總線(xiàn)解碼和總線(xiàn)時(shí)序分析，還有頻譜分析儀功能，能實(shí)現調制域分析。而這個(gè)示波器的深度只有5.8英寸。

MDO4000能測試射頻信號 AVT、FVT及PVT，并能將射頻信號轉存為T(mén)IQ 格式進(jìn)行后臺分析。
MDO4000 獨特的創(chuàng )新表現在射頻信號與其他域信號實(shí)現時(shí)間相關(guān)分析，例如基帶信號與射頻信號、控制信號與射頻信號、電源與射頻信號、協(xié)議與射頻信號等。MDO4000系列混合域示波器是一個(gè)五合一系統，對任何既需要示波器，又需要頻譜儀的客戶(hù)，MDO 將體現性?xún)r(jià)比優(yōu)勢。它相當于MSO4000B 示波器+中檔頻譜儀(指標優(yōu)于入門(mén)級頻譜儀)，價(jià)格優(yōu)于分別購買(mǎi)同檔次兩臺儀表，即使客戶(hù)不需要混合域分析，用500M帶寬示波器也可分析3GHZ載頻的調制信號，選配TPA-N-VPI 適配器可以把任何有源50Ω TekVPI 探頭連接到RF輸入上。

測試實(shí)例

第一個(gè)實(shí)例是關(guān)于利用MDO4000 驗證RFID 讀卡器工作情況，如圖4所示。經(jīng)過(guò)分析，我們發(fā)現，RFID標準測試項目多，包括時(shí)域參數，包括頻域參數，包括調制域參數，要求各域參數時(shí)間相關(guān)等等。對 RFID 測試儀器的要求則有需要優(yōu)異的觸發(fā)機制捕獲間歇微功率信號、跳頻信號等，需要具備基本的時(shí)域、頻域分析能力，需要具有調制域分析能力測試 RFID 解調信號波形，需要跨域分析能力調測嵌入式 RF 系統，需要邏輯分析能力解決競爭沖突等。

圖4 RFID 讀卡器工作情況

RFID一致性測試主要包括了載波測試，雜散，ACPR，時(shí)域功率和包絡(luò )，解調和解碼測試。圖5中RFID波形圖中標注了測試的位置和項目，灰色部分代表了載波測量項目，綠色代表了功率開(kāi)關(guān)時(shí)間參數，藍色代表了包絡(luò )和解調部分。

圖5 RFID一致性測試

對于900MHz以下RFID信號，MDO4000 示波器功能直接測試時(shí)域指標，MDO4000 頻譜儀功能直接測試頻域指標，MDO4000 AvT或FvT功能直接讀出簡(jiǎn)單ASK或FSK代碼。MDO4000可轉存為T(mén)IQ文件后利用RSAVu 進(jìn)行臺分析RFID全部指標。

第二個(gè)實(shí)例是鎖相環(huán)建立。當時(shí)域和頻域信號同時(shí)顯示時(shí)，頻譜總是通過(guò)觸發(fā)捕獲得到的，在時(shí)間上與整個(gè)時(shí)域波形相關(guān)，如圖6所示，橘黃色的橫條指明了頻譜來(lái)自于什么時(shí)刻，橘黃色橫條被稱(chēng)作頻譜分析時(shí)間，請注意在全部波形簡(jiǎn)略圖上也有相應標記，時(shí)域波形的時(shí)間稱(chēng)作模擬時(shí)間，是通過(guò)水平刻度旋鈕來(lái)調節。

圖6 鎖相環(huán)建立的時(shí)域波形和頻域分析

頻譜分析時(shí)間=窗口參數/分辨率帶寬RBW。在本例中，設定頻譜分析時(shí)間= 2.23/300 000 =7.4µs。頻譜分析時(shí)間可以使用Wave Inspector Pan(波形導航平移工具)控制，沿模擬時(shí)間移動(dòng)，用戶(hù)可以在一次采集后觀(guān)測整個(gè)過(guò)程的頻域變化。頻譜分析時(shí)間沿模擬時(shí)間移動(dòng)時(shí)，頻譜顯示的并不是時(shí)域波形的頻譜圖，而是對應于時(shí)域波形的某一時(shí)刻(頻域分析時(shí)間對應的時(shí)刻)連接到RF端的射頻信號的頻譜。當頻譜分析時(shí)間移動(dòng)時(shí)，我們可以看到整個(gè)RF信號頻譜變化的過(guò)程。由于放大窗口可以在整個(gè)模擬時(shí)間內平移，頻域窗口可以完全連續顯示和放大窗口時(shí)間相關(guān)頻譜的情況。打開(kāi)放大窗口后，再使用平移功能時(shí)，移動(dòng)的是放大窗口，而不再是頻譜分析時(shí)間，但頻譜分析時(shí)間總是保持在放大窗口的正中間，如圖7所示。

圖7 鎖相環(huán)建立的分析演示

MDO 特色總結

綜上所述，MDO混合域示波器具有三大要素：第一，時(shí)間相關(guān)跨域分析;第二，寬帶、高時(shí)間精度調制域分析;第三，五合一系統。