使用混合域示波器查找無線嵌入式系統中的噪聲來源

2020-12-06 電子產品世界

　　在把無線電晶片或模塊集成到典型的嵌入式系統中時，設計人員必須面臨的一項常見任務是追蹤和消除噪聲和雜散信號。潛在的噪聲來源包括：開關電源、來自系統其它部分的數字噪聲、以及外部噪聲來源。在考慮噪聲時，還應考慮無線電產生的任何可能的幹擾，這是避免幹擾其它無線電及滿足法規要求的一項重要考慮因素。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/124648.htm

　　查找噪聲來源一直不是一件輕鬆的事情。但是，新增的無線技術進一步提高了嵌入式系統的複雜程度，設計人員在跟蹤噪聲來源方面面臨著更大的障礙。我們必須面對這個現實，即無線技術無處不在。據估算，目前使用的無線設備已經超過10億臺，30%的嵌入式設計現在包括無線功能，而且這一數字每天都在持續增長。

　　在嵌入式系統中增加無線功能時，在集成中一般會遇到許多問題。對電池供電系統，一般使用開關穩壓器，以最低的成本實現最高的實用效率。電源輸出功率也經常是一個問題。這要求使用高開關頻率，使輸出濾波的規格和要求達到最小。這些電源在輸出電壓上通常有紋波，其可能會顯示在RF發射機輸出上，特別是在負荷下或在電池電量不足時。為避免這種情況，可能需要額外的電源濾波，以避免無線電信號不想要的損傷，儘管這會導致不希望的成本或功率。

　　無線電晶片或模塊的硬體電路和軟體配置可能會影響發送的信號質量。如果設置和過濾不當，無線電可能會給其它無線電系統帶來幹擾，或不能滿足相應的法規標準。某些無線電系統需要信道濾波器、RF表面聲波和其它成本相對較高的濾波器，以滿足信道外和帶外輻射的法規要求。

　　作為嵌入式設計人員首選的工具，示波器是單純為進行時域測量而優化的。MSO (混合信號示波器)可以同時測量模擬信號和數位訊號，但使用示波器很難在RF載波上有效測量RF信號。另外很難把時域和頻域中的事件充分關聯起來，而這對查找系統級問題至關重要。

　　儘管頻譜分析儀可以在頻域中進行測量，但對大多數嵌入式設計人員來說，頻譜分析儀並不是首選的工具。使用頻譜分析儀在系統其餘地方進行時間相關測量幾乎是不可能的。

　　在本文中，我們將考察使用一種稱為混合域示波器或MDO的新型儀器查找噪聲來源的技巧和技術。泰克最近推出了世界上第一臺MDO，本文中的實例就基於MDO4000系列。該示波器擁有獨特的功能，可以同時顯示4個模擬信號、16個數字波形、最多4條解碼的串行總線和/或並行總線及1個RF信號。所有這些信號都時間相關，顯示控制信號對模擬域和RF域的影響。

　　在深入了解使用MDO的操作實例之前，我們首先回顧一下這一示波器背後的部分主要概念。混合域示波器在查找噪聲來源中的主要價值，是它能夠在兩個域(時域和頻域)中進行時間相關測量。此外，它可以在多個模擬信號、數位訊號和RF信號中進行這些測量。

　　所謂時間相關，是指MDO能夠測量所有輸入之間的定時關係。例如，它可以測量控制信號與無線電傳輸之開始之間的時間，測量發送的無線電信號的上升時間，或測量無線數據流中的多個符號之間的時間。可以分析某種設備狀態變化期間的電源電壓暫降，並與對RF信號的影響相關。時間相關對了解整個系統操作或因果關係非常重要。

　　時域信號是最好用幅度隨時間變化觀察的信號，這些信號在傳統上使用示波器測量。用幅度隨時間變化觀察信號有助於回答下面這些問題：「電源真的是DC嗎?」「這個數位訊號的建立時間是否充足?」「我的RF信號打開了麼?」「目前正在通過這條有線總線傳送哪些信息?」時域信號不限於模擬輸入。觀看RF幅度、頻率和相位隨時間變化可以研究RF信號簡單的模擬調製特點、啟動特點和穩定特點。

　　頻域信號則是最好用幅度隨頻率變化觀察的信號，這些信號在傳統上使用頻譜分析儀測量。用幅度隨頻率變化觀察信號有助於回答下面這些問題：「發送的這個RF信號是否位於分配的頻譜範圍內?」「這個信號上的諧波失真是否會導致設備問題?」「這個頻段中是否存在任何信號?」

　　應用實例：帶有開關電源、具有無線功能的嵌入式系統

　　在下面的討論中，被測器件將使用一塊靈活的無線電集成電路，其已經集成到無線電測試模塊中，即Microchip Technologies MRF89XM8A。這個模塊採用MRF89XA集成電路無線電及濾波和天線匹配。為進行演示，這個模塊安裝在Microchip Explorer 16電路板上，與電腦一起使用，對無線電設置進行編程。

　　為演示使用開關電源對無線電供電的影響，我們使用升壓轉換器集成電路Microchip MCP1640，其集成到MCP1640EV評測電路板上。這個轉換器以大約500 kHz頻率開關，這一頻率對開關穩壓器十分常見。它可以提供無線電模塊所需的3.3 V輸出電壓，支持最低0.8 V的輸入電壓。這意味著可以從一個電池單元為無線電供電，降低產品的電池尺寸。圖1是測試設置圖。

　　

 

　　圖1.被測器件(Microchip Technologies MRF89XA 868 MHz無線電)與混合域示波器之間的測試連接。

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