示波器在物聯(lián)網(wǎng)中的應用

隨著現(xiàn)代傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)開始進入人們的日常生活。以RFID、ZigBee技術(shù)和NFC近場通信等技術(shù)為代表的物聯(lián)網(wǎng)應用，正在成為眾多企業(yè)、高校研發(fā)和創(chuàng)新的方向。其中一個最重要的因素是如何測量系統(tǒng)中時間相關(guān)的時域和頻域信號。

物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展趨勢與設計挑戰(zhàn)隨著現(xiàn)代傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)開始進入人們的日常生活。以RFID、ZigBee技術(shù)和NFC近場通信等技術(shù)為代表的物聯(lián)網(wǎng)應用，正在成為眾多企業(yè)、高校研發(fā)和創(chuàng)新的方向。雖然針對這些技術(shù)，半導體廠商提供了各種專用芯片，甚至是集成度很高的解決方案，但在設計一個實際的物聯(lián)網(wǎng)設備時，工程師仍然面臨著很多挑戰(zhàn)。其中一個最重要的因素是如何測量系統(tǒng)中時間相關(guān)的時域和頻域信號。RFID和ZigBee技術(shù)中應用到的RF信號雖然不是十分復雜，但信號的質(zhì)量、功率和時序關(guān)系決定著系統(tǒng)能否正常工作。而這些RF參數(shù)本身不僅和射頻發(fā)射/接收電路有關(guān)，還受到基帶電路和控制電路的影響。內(nèi)部寄存器的讀寫、電源的工況甚至是系統(tǒng)延遲時間的大小，都會決定整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)。傳統(tǒng)的示波器或頻譜分析儀是無法完成這種時間相關(guān)的時域和頻域信號綜合調(diào)試工作的。

MDO混合域示波器的創(chuàng)新設計理念泰克MDO4000系列混合域示波器獨特的創(chuàng)新理念，為調(diào)試跨域的時頻相關(guān)的系統(tǒng)提供了獨一無二的工具。MDO4000在一臺全功能的混合信號示波器的基礎上，增加了一臺3GHz或6GHz的頻譜分析儀，可以完成普通頻譜分析儀的各種頻域測量功能。完全獨立的示波器時域采集系統(tǒng)和頻譜分析儀頻域采集系統(tǒng)，既可以獨立工作，也可以通過觸發(fā)協(xié)同工作。通過移動頻譜時間，用戶可以在示波器采集到的時間窗口內(nèi)，觀測在射頻通道采集到的任何一點的RF信號的頻譜情況。MDO還提供了RF信號的幅度、頻率和相位相對于時間變化的調(diào)制域分析功能。這些獨有的功能幫助用戶測量RF信號的各種調(diào)制信息。使用頻譜分析儀的工程師經(jīng)常面臨的一個問題是如何準確地觸發(fā)并捕獲到關(guān)心的RF信號。由于傳統(tǒng)的頻譜分析儀觸發(fā)功能很有限，用戶很難做到這一點。MDO4000不但可以通過RF信號的各種特征進行觸發(fā)，還可以使用示波器的觸發(fā)系統(tǒng)，通過基帶或控制信號完成RF信號的觸發(fā)采集，這種功能極大地降低了調(diào)制物聯(lián)網(wǎng)設備的難度。

圖1.MDO4000結(jié)構(gòu)框圖

圖2.通過IQ解調(diào)后的數(shù)據(jù)，MDO4000可以計算得到RF信號的調(diào)制域波形

在調(diào)試RFID系統(tǒng)時，工程師面臨的一個重要的困難是如何測量標簽的返回信號。由于標簽返回信號的幅度很小，使用普通的示波器往往難以捕獲這一信號，更不要說對其幅度和頻率做進一步分析了。主要原因是普通示波器的動態(tài)范圍只有4 0 d B，無法捕獲微弱的標簽信號。MDO4000具有60dB的動態(tài)范圍，以及低至-152dB/Hz的底噪，能夠很好地勝任同時捕獲讀寫器信號和標簽信號的任務。其獨特的AvsT射頻信號幅度的時域波形功能，甚至可以顯示標簽信號幅度變化過程。下面我們以一個13.56MHz的RFID讀寫器系統(tǒng)為例，介紹MDO4000的跨域調(diào)試應用。（關(guān)于MDO4000在ZigBee系統(tǒng)中的應用，另有專門文章介紹）。

在RIFD系統(tǒng)研發(fā)中MDO混合域示波器的應用

圖3. MDO4000RFID讀寫器測試環(huán)境，圖中有專用天線工裝

圖4.采用NXP CLRC632芯片的RFID讀寫器

測試13.56MHzRFID讀寫器的RF信號質(zhì)量參數(shù)

13.56MHz高頻RFID系統(tǒng)是目前國內(nèi)應用最為廣泛，技術(shù)較為成熟的射頻識別系統(tǒng)。相關(guān)的國際標準對射頻發(fā)射頻率、信道帶寬、發(fā)射功率等參數(shù)都有明確的要求，特別是RF信號的幅度（功率）隨時間變化的情況，標準有著嚴格的規(guī)定。以讀寫設備為例，讀寫設備發(fā)出的載波信號的幅度變化時間，必須符合ISO18000-3標準對于t1-t4的時間限制。

圖5. ISO18000-3 13.56MHz RFID空中接口時間參數(shù)規(guī)范a

通過使用MDO4000獨特的觸發(fā)功能，用戶可以輕松穩(wěn)定捕獲RFID的時域和頻域信號。如圖所示，由于載波信號幅度在變化，使用傳統(tǒng)手段很難測量出RF信號從90%下降到5%的T1的時間長度。我們可以打開AvsT調(diào)制曲線，它代表了RF信號的幅度相對于時間變化的軌跡。通過自動測量或手動光標測量，我們可以輕松得到T1的準確時間。同理可以完成其他時間參數(shù)的測試。

圖6. 13.56MHzRFID PCD到PICC信號的時域和AvsT調(diào)制域波形

圖7.測量13.56MHz RFID PCD到PICC t4時間