使用MDO4000和RSAVu測試無(wú)線(xiàn)設計

在把RF技術(shù)整合到設計中時(shí)，嵌入式設計人員發(fā)現有許多新問(wèn)題需要解決：(系統中的藍牙芯片是否以預期方式發(fā)送)？802.11芯片組在運行過(guò)程中是否正確編程？怎樣追蹤發(fā)射機與接收機之間的交互過(guò)程？

在這些問(wèn)題上，混合信號示波器(MSO)顯得力不從心，因為它只適合處理模擬信號和數字信號，而不能高效測量RF信號。另一方面，頻譜分析儀很難整合到處理系統級問(wèn)題的測量環(huán)境中，因為在這種環(huán)境下，與系統其它部分-的時(shí)間相關(guān)性非常重要。設計人員正努力在這種環(huán)境中設計、調試和檢驗系統。

泰克MDO4000系列混合域示波器是一種內置頻譜分析儀的革命性示波器，它不僅僅是一種新的示波器，而且變革了您的測試方式。它捕獲時(shí)間相關(guān)的模擬信號、數字信號和RF信號，系統級全面了解被測器件的特點(diǎn)，一目了然地同時(shí)觀(guān)測時(shí)域信息和頻域信息?？梢杂^(guān)察任意時(shí)間點(diǎn)上的射頻(RF)頻譜，及其變化過(guò)程。這樣一臺高度集成的示波器，可以幫助您迅速高效地解決最復雜的設計問(wèn)題。

2.4GHz ISM頻段

2.4GHz ISM無(wú)線(xiàn)頻段在國際上被專(zhuān)門(mén)分給工業(yè)、科學(xué)和醫療中的射頻(RF)信號使用，而不是用于通信目的。這些頻段中的應用包括射頻加熱處理、微波爐和醫用熱療機等。

盡管最初分配目的不同，但近年來(lái)，短距離、低功耗通信系統在這些頻道的應用正在飛速增長(cháng)。無(wú)繩電話(huà)、藍牙設備、NFC設備和無(wú)線(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò )都使用ISM頻段。

在2.4GHz-2.5GHz范圍內，最典型的無(wú)線(xiàn)技術(shù)是WLAN802.11a/b/g/n和藍牙。WLAN信號是一種突發(fā)脈沖信號，通常會(huì )占用最高20MHz-40MHz的帶寬。藍牙采用稱(chēng)為跳頻的無(wú)線(xiàn)技術(shù)，在79條通道上跳頻(每條通道1MHz；中心頻率為2402-2480MHz)。信號的瞬態(tài)特點(diǎn)使得傳統頻譜分析儀很難看到或測量這些信號。通過(guò)提供超寬帶寬，MDO4000可以高效捕獲WLAN突發(fā)信號及整個(gè)藍牙跳頻頻段。

圖1.2.4GHzISM頻段上的WLAN和藍牙信號。

在MDO4000上捕獲WLAN信號捕獲WLAN信號設置起來(lái)非常簡(jiǎn)單。如圖2所示，把一個(gè)垂直放置的RF天線(xiàn)連接到MDO4000的射頻輸入端。為整體了解2.4GHz上的信號，我們在MDO4000上打開(kāi)“RF spectrum”(RF頻譜)，把Center Frequency(中心頻率)設置成2.42GHz，把捕獲帶寬設置成100MHz。如果想以預置的信號功率條件來(lái)捕獲突發(fā)脈沖信號，“The RF Power Trigger”(射頻功率觸發(fā))是一種非常有用的功能。它在3GHz帶寬范圍內有效。在WLAN信號出現后，調節Center Frequency(中心頻率)，將WLAN信號移到頻譜視圖的中心。為限制MDO4000上的信號，我們可以把頻寬減小到40MHz，然后打開(kāi)“The RF Power Trigger”(射頻功率觸發(fā))，觸發(fā)WLAN脈沖。

圖2.MDO4000無(wú)線(xiàn)信號測試的設置。

時(shí)間相關(guān)

時(shí)間相關(guān)是MDO4000的主要優(yōu)勢之一。

通過(guò)MDO4000上的“RF vs Time Traces”(RF對時(shí)間曲線(xiàn))，設計工程師能夠看到在一段長(cháng)時(shí)間采集的數據內部任意時(shí)點(diǎn)上的信號的RF頻譜，了解頻譜怎樣隨時(shí)間變化。共提供了三種曲線(xiàn)：Amplitude vs Time(幅度對時(shí)間)、Frequency vs Time(頻率對時(shí)間)和Phase vs Time(相位對時(shí)間)。

打開(kāi)“Amplitude vs Time”(幅度對時(shí)間)曲線(xiàn)，我們可以觀(guān)察WLAN信號幅度怎樣隨時(shí)間變化。

時(shí)域畫(huà)面底部的橙色條稱(chēng)為“Spectrum Time”(頻譜分析時(shí)間窗)。通過(guò)在整個(gè)時(shí)域界面中移動(dòng)“Spectrum Time”(頻譜分析時(shí)間窗)，用戶(hù)可以直觀(guān)地看到采集數據中任意點(diǎn)上的RF頻譜。

例如，在圖3中，“Amplitude vs Time”(幅度對時(shí)間)曲線(xiàn)顯示先后捕獲了兩個(gè)WLAN數據包(脈沖)。“Spectrum Time”(頻譜時(shí)間)位于第一個(gè)WLAN數據包下面，因此頻域顯示了第一個(gè)WLAN數據包的RF頻譜。

圖3.第一個(gè)WLAN數據包的頻譜。

圖4.弱WLAN信號的頻譜。

在圖4中，在“Spectrum Time”(頻譜時(shí)間)移到左面和低幅度信號(在時(shí)域畫(huà)面上)下面時(shí)，頻域畫(huà)面現在顯示了另一個(gè)WLAN信號的對應頻譜，第二個(gè)WLAN信號要弱得多。用戶(hù)可以使用縮放功能，更仔細地查看這個(gè)WLAN數據包，如圖5所示。通過(guò)縮放功能，WLAN數據和“Spectrum Time”(頻譜分析時(shí)間窗)已經(jīng)被放大，可以清楚地識別WLAN幀頭(平滑部分)和有效數據。

圖5.放大后的WLAN數據包。

時(shí)間相關(guān)不僅可用于“RF vs. Time traces”(RF對時(shí)間曲線(xiàn))的分析，還適用于模擬信號/數字信號與RF信號的同步顯示，這是MDO4000上最獨特、最強大的功能之一。

自動(dòng)頻域測量

MDO4000在頻域中提供了三種自動(dòng)測量功能：Channel Power(信道功率)、Occupied Bandwidth(占用帶寬)和Adjacent Channel Power Ratio(鄰道功率比)。

“Channel Power”(信道功率)測量由“Channel Width”(信道寬度)確定的帶寬內部信號的總功率。“Channel Width”(信道寬度)用畫(huà)面中沒(méi)有陰影的部分表示。在這一測量激活時(shí)，儀器的帶寬自動(dòng)設置成比“Channel Width”(信道寬度)寬10%，檢波方式設置成平均。

“Occupied Bandwidth”(占用帶寬)測量在“Analysis Bandwidth”(分析帶寬)內部指定功率百分比的帶寬。

圖6.MDO4000上的Channel Power(信道功率)測量。

圖7.MDO4000上的Occupied Bandwidth(占用帶寬)測量。

把數據導出到RSAVu，進(jìn)一步進(jìn)行分析

MDO4000是一種入門(mén)級頻譜分析儀，沒(méi)有內置數字解調功能。但是，MDO4000不僅允許用戶(hù)導出屏幕截圖，還可以導出捕獲的完整數據。用戶(hù)只需使用USB外部存儲設備，以TIQ格式(.TIQ)保存和存儲數據，然后把文件從MDO4000傳送到外部PC上，就可以使用RSAVu軟件離線(xiàn)分析信號。

RSAVu 軟件可以離線(xiàn)分析泰克實(shí)時(shí)頻譜分析儀(RTSA)和示波器捕獲的數據。該軟件為用戶(hù)提供了包含在RSA3408B 軟件選項套件中相同的解調和分析功能，從無(wú)線(xiàn)標準(如WLAN 802.11a/b/g/n、GSM、WCDMA、等等)直到最新的RFID格式和脈沖式信號分析。設計工程師可以使用RSAVu軟件來(lái)分析信號，而不必連接相應的采集硬件。

圖8 - RSAVu 軟前面板可以簡(jiǎn)便地離線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)行設置和控制。

RSAVu WLAN解決方案

RSAVu WLAN 解決方案(選項29)支持最流行的802.11 a/b/g 標準，甚至支持11n 標準，覆蓋了十幾種測量，如Constellation(星座圖)、EVM vs. Time(EVM 對時(shí)間)、Power vs Time(功率對時(shí)間)、EVM vs SubChannel(EVM 對子信道)、Power vs SubChannel(功率對子信道)、SC 星座圖、Frequency Error(頻率誤差)、OFDM 平坦度、Symbol Table(符號表)、Spectrum Mask(頻譜模板)、Transmit Power(發(fā)送功率)。

RSAVu WLAN 選項還能夠自動(dòng)檢測CCK 或ODFM 調制格式和速率。這對WLAN 設備的測試非常方便，并且在許多綜合設備的測試至關(guān)重要，因為這些綜合設備經(jīng)常會(huì )遇到復雜的干擾，這就需要在混合模式操作下來(lái)診斷。

自動(dòng)檢測功能允許工程師放大及自動(dòng)分析每個(gè)脈沖信號，使用RSAVu 選擇相應的格式和數據速率。用戶(hù)只需把RSAVu 設置成自動(dòng)檢測，然后把標記放在關(guān)心的脈沖上，RSAVu 會(huì )完成余下的工作。

我們使用RSAVu分析上面捕獲的兩個(gè)WLAN數據包。圖9演示了RSAVu怎樣在多個(gè)域中分析第一個(gè)WLAN 數據包：時(shí)域、頻域和解調域?？梢允褂脴擞洶堰@三個(gè)域中的顯示界面關(guān)聯(lián)起來(lái)。

RSAVu 自動(dòng)檢測第一個(gè)WLAN 數據包，使用OFDM (64QAM)調制方式實(shí)現54Mbps 的吞吐量。整個(gè)數據包的EVM 是2.97%。時(shí)域波形中的標記可以與星座圖上的標記實(shí)現時(shí)間相關(guān)。

圖9- 使用RSAVu 分析第一個(gè)WLAN 數據包，調制方式：OFDM (64QAM)

圖10 顯示了第二個(gè)WLAN 數據包上的測量。RSAVu 成功地檢測這個(gè)數據包使用不同的調制方式OFDM (16QAM)來(lái)實(shí)現24Mbps吞吐量。與第一個(gè)數據包相比，它實(shí)現了更好的EVM，為2.29%。

圖10- 使用RSAVu 分析WLAN 信號，調制方案：OFDM (16QAM)

測試GSM信號

下面是使用MDO4000 混合域示波器進(jìn)行GSM 信號測試的另一個(gè)實(shí)例。
GSM900信號可能會(huì )出現在900MHz頻段周?chē)?。在圖11中，MDO4000正在捕獲一個(gè)以944MHz
中心頻率的信道傳送的GSM900 信號。帶寬約為250KHz。

圖11 - MDO4000 上的GSM900 信號頻譜和頻譜圖。

類(lèi)似的，我們可以捕獲這個(gè)GSM900 信號，通過(guò)USB 存儲設備導出到外部PC，然后在RSAVu軟件上分析文件。
RSAVu GSM/EDGE (選項24)覆蓋下述測量：Modulation Accuracy (調制精度)、Mean CarrierPower (平均載波功率)、Power vs Time(功率對時(shí)間)、Modulation Spectrum(調制頻譜)、SwitchingSpectrum(切換頻譜)和傳輸頻段中的Spurious Signals(雜散信號)。

圖12 顯示了在捕獲的GSM900 信號上進(jìn)行的多域分析。星座圖結果告訴我們，這個(gè)信號正在使用GMSK 調制，擁有非常好的EVM，僅4.35%。

圖12- 使用RSAVu 分析GSM 信號。

除本文中討論的WLAN和GSM外，還可以使用MD04000系列混合域示波器和RSAVu離線(xiàn)分析軟件，以類(lèi)似的方式在其它無(wú)線(xiàn)標準上執行測試。

結論

MDO4000與RSAVu相結合，在無(wú)線(xiàn)設計測試中提供了用途非常廣泛的解決方案。MDO4000的時(shí)間相關(guān)功能和超寬帶技術(shù)可以簡(jiǎn)便地捕獲RF信號。RSAVu強大的離線(xiàn)分析功能支持多種無(wú)線(xiàn)標準。
與擁有所有無(wú)線(xiàn)選項的全性能頻譜分析儀相比，MDO4000和RSAVu組合還提供了經(jīng)濟性?xún)?yōu)勢。