混合域示波器在嵌入式射頻系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用

基本上今天的每一個電子產(chǎn)品都是一個嵌入系統(tǒng)，小到電子表，大到各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)實際上是專用的計算機(jī)系統(tǒng)，它的特征包括非PC，以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求等。

傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的組成包括：A/D、D/A、 DSP、 FPGA;閃存，即NAND、NOR;嵌入式CPU系統(tǒng);電源;并行總線;串行總線;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(shù)字技術(shù)，就是混合信號。

從嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)及設(shè)計要求來看，總的分為三個特點(diǎn)，第一是專用性，即為特定用戶群設(shè)計，第二是高集成度，對器件的可靠性及性價比要求都很高，第三是實時性，這要求嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計，同步工作。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計調(diào)試的挑戰(zhàn)

針對嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)及設(shè)計要求，傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計調(diào)試也相應(yīng)地面臨著不小的挑戰(zhàn)。
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
•各組成部分潛在問題的發(fā)現(xiàn)
–偶發(fā)毛刺
–串?dāng)_
–噪聲

對于定時分析，則要注意以下幾點(diǎn)：

•降低控制信號時延可提高嵌入式系統(tǒng)
工作效率
•分析總線信號與控制信號間的時序關(guān)
系可提高嵌入式系統(tǒng)編程效率
這樣一來，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(xiàn)問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(diào)試的階段大致可分為探測、發(fā)現(xiàn)、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，無源探頭的便利。P6616數(shù)字探頭，100kOhm輸入阻抗，僅3pF輸入電容，容許每通道獨(dú)立設(shè)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(xiàn)方面，DPX FastAcq具有每秒大于250 000 波形更新率。數(shù)字熒光示波器，色溫等級顯示，快速響應(yīng)信號所有動態(tài)變化，巨細(xì)無遺。同時顯示、對比多條總線上的活動，進(jìn)行系統(tǒng)級調(diào)試。

在捕獲方面，具有MagniVu 60.6ps 16.5GHz 高速數(shù)字采樣技術(shù)、定時分辨率，更快，更精。最高250MB記錄長度，F(xiàn)astFrame分段存儲技術(shù)。較完善的觸發(fā)組合，包括觸發(fā)各種串行總線分組包。獨(dú)有建立/保持時間違規(guī)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(dǎo)航與搜索功能，包括卷動/縮放;播放/暫停;用戶標(biāo)記;自動搜索和標(biāo)記模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和串行總線數(shù)據(jù)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10種應(yīng)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(diào)試;SignalVu頻域與調(diào)制域分析;功率與電源分析;低速串行總線;汽車電子總線。具有53種自動測量與高級數(shù)學(xué)運(yùn)算，并且，具有Windows 7擴(kuò)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(tǒng)，射頻無處不在，如圖2所示。模擬、數(shù)字、總線與射頻信號同時存在，相互關(guān)聯(lián)。

圖2 具有射頻信號的嵌入式系統(tǒng)

射頻無處不在，例如電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、公交收費(fèi)系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、ETC、傳感系統(tǒng)、汽車電子、安防系統(tǒng)。又例如物聯(lián)網(wǎng)和通訊系統(tǒng)都必須用到射頻部分。然而，射頻通信標(biāo)準(zhǔn)繁多，例如WLAN、藍(lán)牙、Transfer Jet、RFID、ZigBee、TD-LTE、GSM/CDMA/3G/4G等等。經(jīng)過分析，我們發(fā)現(xiàn)，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(tǒng)效率的關(guān)鍵。那么如何測試射頻信號與總線信號及控制信號的定時關(guān)系呢?

MDO4000混合域示波器就是一個不錯的選擇。MDO4000 解決嵌入式射頻系統(tǒng)中的疑難雜癥：
•驗證嵌入式射頻系統(tǒng)的工作情況
•幫助提高嵌入式射頻系統(tǒng)工作效率
•發(fā)現(xiàn)嵌入式射頻系統(tǒng)潛在問題
•查找嵌入式系統(tǒng)中的噪聲
•查找嵌入式射頻系統(tǒng)電路板中的 EMI
串?dāng)_
•嵌入式射頻系統(tǒng)中的調(diào)制域分析
•嵌入式射頻系統(tǒng)中的通用射頻指標(biāo)測
試
•嵌入式系統(tǒng)中的時域測試

MDO4000混合域示波器內(nèi)置了頻譜分析儀，有專用射頻路徑，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，能實現(xiàn)協(xié)議分析，包括總線解碼和總線時序分析，還有頻譜分析儀功能，能實現(xiàn)調(diào)制域分析。而這個示波器的深度只有5.8英寸。

MDO4000能測試射頻信號 AVT、FVT及PVT，并能將射頻信號轉(zhuǎn)存為TIQ 格式進(jìn)行后臺分析。
MDO4000 獨(dú)特的創(chuàng)新表現(xiàn)在射頻信號與其他域信號實現(xiàn)時間相關(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五合一系統(tǒng)，對任何既需要示波器，又需要頻譜儀的客戶，MDO 將體現(xiàn)性價比優(yōu)勢。它相當(dāng)于MSO4000B 示波器+中檔頻譜儀(指標(biāo)優(yōu)于入門級頻譜儀)，價格優(yōu)于分別購買同檔次兩臺儀表，即使客戶不需要混合域分析，用500M帶寬示波器也可分析3GHZ載頻的調(diào)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。

測試實例

第一個實例是關(guān)于利用MDO4000 驗證RFID 讀卡器工作情況，如圖4所示。經(jīng)過分析，我們發(fā)現(xiàn)，RFID標(biāo)準(zhǔn)測試項目多，包括時域參數(shù)，包括頻域參數(shù)，包括調(diào)制域參數(shù)，要求各域參數(shù)時間相關(guān)等等。對 RFID 測試儀器的要求則有需要優(yōu)異的觸發(fā)機(jī)制捕獲間歇微功率信號、跳頻信號等，需要具備基本的時域、頻域分析能力，需要具有調(diào)制域分析能力測試 RFID 解調(diào)信號波形，需要跨域分析能力調(diào)測嵌入式 RF 系統(tǒng)，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，時域功率和包絡(luò)，解調(diào)和解碼測試。圖5中RFID波形圖中標(biāo)注了測試的位置和項目，灰色部分代表了載波測量項目，綠色代表了功率開關(guān)時間參數(shù)，藍(lán)色代表了包絡(luò)和解調(diào)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域指標(biāo)，MDO4000 頻譜儀功能直接測試頻域指標(biāo)，MDO4000 AvT或FvT功能直接讀出簡單ASK或FSK代碼。MDO4000可轉(zhuǎn)存為TIQ文件后利用RSAVu 進(jìn)行臺分析RFID全部指標(biāo)。

第二個實例是鎖相環(huán)建立。當(dāng)時域和頻域信號同時顯示時，頻譜總是通過觸發(fā)捕獲得到的，在時間上與整個時域波形相關(guān)，如圖6所示，橘黃色的橫條指明了頻譜來自于什么時刻，橘黃色橫條被稱作頻譜分析時間，請注意在全部波形簡略圖上也有相應(yīng)標(biāo)記，時域波形的時間稱作模擬時間，是通過水平刻度旋鈕來調(diào)節(jié)。

圖6 鎖相環(huán)建立的時域波形和頻域分析

頻譜分析時間=窗口參數(shù)/分辨率帶寬RBW。在本例中，設(shè)定頻譜分析時間= 2.23/300 000 =7.4µs。頻譜分析時間可以使用Wave Inspector Pan(波形導(dǎo)航平移工具)控制，沿模擬時間移動，用戶可以在一次采集后觀測整個過程的頻域變化。頻譜分析時間沿模擬時間移動時，頻譜顯示的并不是時域波形的頻譜圖，而是對應(yīng)于時域波形的某一時刻(頻域分析時間對應(yīng)的時刻)連接到RF端的射頻信號的頻譜。當(dāng)頻譜分析時間移動時，我們可以看到整個RF信號頻譜變化的過程。由于放大窗口可以在整個模擬時間內(nèi)平移，頻域窗口可以完全連續(xù)顯示和放大窗口時間相關(guān)頻譜的情況。打開放大窗口后，再使用平移功能時，移動的是放大窗口，而不再是頻譜分析時間，但頻譜分析時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(jié)

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