MDO混合域示波器應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
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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(jìn)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(yīng)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(dǎo)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(shè)計(jì)一個實(shí)際的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(yīng)用到的RF信號雖然不是十分復(fù)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(shè)計(jì)理念
泰克MDO4000系列混合域示波器獨(dú)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(dú)一無二的工具。MDO4000在一臺全功能的混合信號示波器的基礎(chǔ)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(dú)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(dú)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(diǎn)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(dú)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(zhǔn)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，用戶很難做到一點(diǎn)。MDO4000不但可以通過RF信號的各種特征進(jìn)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(shè)備的難度。
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(biāo)簽的返回信號。由于標(biāo)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(jìn)一步分析了。主要原因是普通示波器的動態(tài)范圍只有40dB,無法捕獲微弱的標(biāo)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(biāo)簽信號的任務(wù)。其獨(dú)特的AvST射頻信號幅度的時域波形功能，甚至可以顯示標(biāo)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(yīng)用。
在RIFD系統(tǒng)研發(fā)中MDO混合域示波器的應(yīng)用
圖一：采用NXPCLRC632芯片的RFID讀寫器
13.56MHz高頻RFID系統(tǒng)是目前國內(nèi)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)有著嚴(yán)格的規(guī)定。以讀寫設(shè)備為例，讀寫設(shè)備發(fā)出的載波信號的幅度變化時間，必須符合ISO18000-3標(biāo)準(zhǔn)對于t1-t4的時間限制。
圖二 ISO18000-3 13.56MHz RFID空中接口時間參數(shù)規(guī)范
圖三 13.56MHzRFID PCD到PICC信號的時域和AvsT調(diào)制域波形
圖四：測量PCD發(fā)射信號與標(biāo)簽返回信號間的延遲時間
另一個需要嚴(yán)格保證的時間是從讀寫器發(fā)出讀卡信號后到標(biāo)簽返回信號的時間。過長或過短的時間都會被認(rèn)作讀寫失敗。使用傳統(tǒng)儀器測量這些信號的難度很大。MDO4000可以將RF信號的AvsT的軌跡完整展示的屏幕中，用戶只需用光標(biāo)定位到相應(yīng)位置，即可得到這一延遲時間。
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