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嵌入式射频系统# P7 m, j* u: J. ~
基本上今天的每一个电子产品都是一个嵌入系统，小到电子表，大到各种复杂的控制系统。嵌入式系统实际上是专用的计算机系统，它的特征包括非PC，以应用为中心，以计算机技术为基础，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求等。" ~' T( L, s2 ~/ d P6 W; \
传统嵌入式系统的组成包括：A/D、D/A、 DSP、 FPGA；闪存，即NAND、NOR；嵌入式CPU系统；电源；并行总线；串行总线；I2C、SPI、 RS-232、CAN等。值得注意的是，以上技术包括了模拟、串行和数字技术，就是混合信号。 U' m4 a, L0 u# U, z* {3 t
从嵌入式系统的特点及设计要求来看，总的分为三个特点，第一是专用性，即为特定用户群设计，第二是高集成度，对器件的可靠性及性价比要求都很高，第三是实时性，这要求嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，同步工作。
% Q* w$ {& X2 }2 G嵌入式系统设计调试的挑战
' ~; S( A, w2 |! {1 a, ?$ W# @针对嵌入式系统的特点及设计要求，传统嵌入式系统设计调试也相应地面临着不小的挑战。
9 j; N5 z h. [" N! m5 B对于可靠性测试，我们要注意以下几点：
/ Z1 D# ?, ^/ L/ v' e& E) j•各组成部分一致性测试4 \9 @/ I8 M( z* w) q
•各组成部分故障排查
' ~3 R/ f E, e; y; G0 e& j; m•各组成部分潜在问题的发现
' {4 @! S; K; U/ J) S: a. n–偶发毛刺 w* p/ ~, y' p q' M3 _
–串扰
4 h; R; E" V0 d+ X, `$ C3 D) T7 V# z–噪声8 p* T, l4 H: K" I8 y
对于定时分析，则要注意以下几点：4 J& p& t% X7 o
•降低控制信号时延可提高嵌入式系统
: s, u; X" U* k- Z工作效率6 I# m3 E! z# g4 b
•分析总线信号与控制信号间的时序关
( I' l6 i9 W: u/ A+ G& S系可提高嵌入式系统编程效率
$ y6 j2 H8 [9 o# x8 a这样一来，对测试仪器的要求则综合为具有混合信号测试能力，具有快速发现问题的能力和具有一致性测试能力。+ T# t) p5 x$ x* u' t2 @+ p
MSO系列示波器
0 q% Y/ q# W( \泰克MSO系列示波器型号特性如表1所示。% F5 {: ]+ y- q( z( b
调试的阶段大致可分为探测、发现、捕获、搜索和分析，如图1所示。
- X, D' \1 x) c; w4 V: W表1 泰克MSO系列示波器型号特性
) I; O4 F$ G/ l6 O3 h* @2 P- o/ z* D1 @# X, K7 x7 B/ r
% r6 u/ N% z; j$ ]# Z, Z" H5 }图1 调试的5个阶段
0 `4 j: \+ |. m" Q. ^MSO系列示波器在针对这5个阶段分别具有不同的特点。* H$ f3 g3 l! S8 ^# S) k
在探测方面，有TPP探头系列，1GHz带宽，3.9pF输入电容无源探头，同级2倍带宽，一半的输入电容。真正有源探头的性能，无源探头的便利。P6616数字探头，100kOhm输入阻抗，仅3pF输入电容，容许每通道独立设置阀值，可以支持多种逻辑系列。以及具有1ns脉冲检测功能。) E5 P6 e4 y# b" N' u( _! c
在发现方面，DPX FastAcq具有每秒大于250 000 波形更新率。数字荧光示波器，色温等级显示，快速响应信号所有动态变化，巨细无遗。同时显示、对比多条总线上的活动，进行系统级调试。
3 z# A9 H4 S; S8 j( W在捕获方面，具有MagniVu 60.6ps 16.5GHz 高速数字采样技术、定时分辨率，更快，更精。最高250MB记录长度，FastFrame分段存储技术。较完善的触发组合，包括触发各种串行总线分组包。独有建立/保持时间违规触发。同级较佳的1.5%垂直精度。同级较佳的垂直灵敏度1mV/div。
' G5 c; y' f! h$ ]8 Z# @在搜索方面，具有Wave Inspector快速导航与搜索功能，包括卷动/缩放；播放/暂停；用户标记；自动搜索和标记模拟数据、数字数据和串行总线数据等。MultiView Zoom具有进行多重波形缩放、重叠、对比的功能。
$ b& }2 c0 R- C: y& A$ x2 t在分析方面，具有超过10种应用软件包，分别是ENET以太网验证；USB2.0验证；LIMIT 极限测试；通讯模板测试；DDR检验与调试；SignalVu频域与调制域分析；功率与电源分析；低速串行总线；汽车电子总线。具有53种自动测量与高级数学运算，并且，具有Windows 7扩展性、可以兼容各种软件。7 }- ]1 y- U7 G$ V
MDO4000系列混合域示波器
" D$ x. I. u( t: d8 U7 {4 q& Z今天的嵌入式系统，射频无处不在，如图2所示。模拟、数字、总线与射频信号同时存在，相互关联。& k7 h! j: S; [9 d1 i% ~1 c3 j
; K b) u! `0 ]1 U
; O9 ~, X T @, B9 Z图2 具有射频信号的嵌入式系统
7 f7 \* j$ C' R; `. i+ _, |5 d射频无处不在，例如电脑、手机、数码相机、公交收费系统、门禁系统、ETC、传感系统、汽车电子、安防系统。又例如物联网和通讯系统都必须用到射频部分。然而，射频通信标准繁多，例如WLAN、蓝牙、Transfer Jet、RFID、ZigBee、TD-LTE、GSM/CDMA/3G/4G等等。经过分析，我们发现，可靠性测试需要增加射频部分，保证所有单元同步，依然是提高嵌入式射频系统效率的关键。那么如何测试射频信号与总线信号及控制信号的定时关系呢？4 W" r8 P1 L2 s! c3 ~
MDO4000混合域示波器就是一个不错的选择。MDO4000 解决嵌入式射频系统中的疑难杂症：& J" I d* G u# u5 t
•验证嵌入式射频系统的工作情况
8 E. N6 U4 S! K$ T•帮助提高嵌入式射频系统工作效率9 M5 X: l- D6 p4 m! J
•发现嵌入式射频系统潜在问题
5 b/ g4 U0 S6 @- q7 y8 S•查找嵌入式系统中的噪声$ Q* l% ~! N+ Y" |: |! _. o: D
•查找嵌入式射频系统电路板中的 EMI
1 c. N, l, R, ^ R Z9 q串扰
/ e5 ]+ v0 D! F, \; m# c, i- D$ k•嵌入式射频系统中的调制域分析0 u( R4 v! F7 v7 v( c0 u4 B! q
•嵌入式射频系统中的通用射频指标测
8 b* F! {3 H6 X1 o: x试
' E) E s' ]( R# O$ N•嵌入式系统中的时域测试( E* X6 U0 D' F. O0 d
MDO4000混合域示波器内置了频谱分析仪，有专用射频路径，3GHz或6GHz输入和>1GHz带宽。MDO4000混合域示波器还具有21条通道时间相关的测试，如图3所示。2 M7 g9 o+ n# V9 C7 |
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图3 MDO4000混合域示波器
" Y! y2 G2 T* U: i2 L4 tMDO4000系列混合域示波器是多种仪器功能于一台的示波器，这些功能有示波器功能，逻辑分析仪功能，能实现协议分析，包括总线解码和总线时序分析，还有频谱分析仪功能，能实现调制域分析。而这个示波器的深度只有5.8英寸。
+ A% K5 K6 h4 J, Y. D1 IMDO4000能测试射频信号 AVT、FVT及PVT，并能将射频信号转存为TIQ 格式进行后台分析。# M8 G. o1 |- w$ S
MDO4000 独特的创新表现在射频信号与其他域信号实现时间相关分析，例如基带信号与射频信号、控制信号与射频信号、电源与射频信号、协议与射频信号等。MDO4000系列混合域示波器是一个五合一系统，对任何既需要示波器，又需要频谱仪的客户，MDO 将体现性价比优势。它相当于MSO4000B 示波器+中档频谱仪（指标优于入门级频谱仪），价格优于分别购买同档次两台仪表，即使客户不需要混合域分析，用500M带宽示波器也可分析3GHZ载频的调制信号，选配TPA-N-VPI 适配器可以把任何有源50Ω TekVPI 探头连接到RF输入上。4 b9 D0 Q! x8 e
测试实例
4 {! n- v1 u0 _: \第一个实例是关于利用MDO4000 验证RFID 读卡器工作情况，如图4所示。经过分析，我们发现，RFID标准测试项目多，包括时域参数，包括频域参数，包括调制域参数，要求各域参数时间相关等等。对 RFID 测试仪器的要求则有需要优异的触发机制捕获间歇微功率信号、跳频信号等，需要具备基本的时域、频域分析能力，需要具有调制域分析能力测试 RFID 解调信号波形，需要跨域分析能力调测嵌入式 RF 系统，需要逻辑分析能力解决竞争冲突等。; H y3 s$ X6 [; L
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图4 RFID 读卡器工作情况 X; ?: k9 ?+ w& ~
RFID一致性测试主要包括了载波测试，杂散，ACPR，时域功率和包络，解调和解码测试。图5中RFID波形图中标注了测试的位置和项目，灰色部分代表了载波测量项目，绿色代表了功率开关时间参数，蓝色代表了包络和解调部分。
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5 Y* J$ n0 e- X3 s9 B, Z) v图5 RFID一致性测试
; E( {+ w$ E |$ K8 {4 Q" m/ a对于900MHz以下RFID信号，MDO4000 示波器功能直接测试时域指标，MDO4000 频谱仪功能直接测试频域指标，MDO4000 AvT或FvT功能直接读出简单ASK或FSK代码。MDO4000可转存为TIQ文件后利用RSAVu 进行台分析RFID全部指标。
3 H( f" M# e2 P4 n) t' Z第二个实例是锁相环建立。当时域和频域信号同时显示时，频谱总是通过触发捕获得到的，在时间上与整个时域波形相关，如图6所示，橘黄色的横条指明了频谱来自于什么时刻，橘黄色横条被称作频谱分析时间，请注意在全部波形简略图上也有相应标记，时域波形的时间称作模拟时间，是通过水平刻度旋钮来调节。
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: Y) M' [6 A; E3 a6 I/ d
2 p5 _- S' J: K- n% ]! s图6 锁相环建立的时域波形和频域分析
# ?7 G k* ~' Z/ m2 H, m+ L频谱分析时间=窗口参数/分辨率带宽RBW。在本例中，设定频谱分析时间= 2.23/300 000 =7.4μs。频谱分析时间可以使用Wave Inspector Pan（波形导航平移工具）控制，沿模拟时间移动，用户可以在一次采集后观测整个过程的频域变化。频谱分析时间沿模拟时间移动时，频谱显示的并不是时域波形的频谱图，而是对应于时域波形的某一时刻（频域分析时间对应的时刻）连接到RF端的射频信号的频谱。当频谱分析时间移动时，我们可以看到整个RF信号频谱变化的过程。由于放大窗口可以在整个模拟时间内平移，频域窗口可以完全连续显示和放大窗口时间相关频谱的情况。打开放大窗口后，再使用平移功能时，移动的是放大窗口，而不再是频谱分析时间，但频谱分析时间总是保持在放大窗口的正中间，如图7所示。" _& o$ v0 f7 {# w0 a# T
d& l D8 T [# x5 @/ L
6 b3 g6 \0 o; _$ j' _5 E图7 锁相环建立的分析演示
G* [; @- E* O! h9 D8 vMDO 特色总结
+ K: C6 ^: o8 Y; T( P. d( U0 K综上所述，MDO混合域示波器具有三大要素：第一，时间相关跨域分析；第二，宽带、高时间精度调制域分析；第三，五合一系统。, u0 L. ^9 B0 G0 q
问答选编2 x& W3 t0 K Z% }5 S k7 \3 R" d
问: MDO4000可以测试哪些射频指标？8 {8 \. _; X- g- O. D4 i4 s; z- G5 v
答: 功率、OBW、ACPR以及频谱。8 A, t0 I) @) J* P1 X
问: 请问MDO4000测量和分析结果如何输出？采用何种文件格式？
' U* Z' C. O+ y6 T答: 图形、波形、CSV。
6 H- t9 a- Y% f& Q' x T- c6 u; g问: 存储深度多少？可以增加吗？
: W& N+ f2 _8 H+ e答: 示波器模拟通道每通道20M，RF通道1G。
d. B/ t3 N$ L7 t& |/ Y问: MDO4000最多可以同时支持几种种不同的串行接口？% j6 F" @3 H0 ~9 a6 |0 Z0 u* \ I1 I$ p
答: 关键看总线的数，对小于四条的总线，可同时测试4个。; R. }3 J" J. a& u$ w- F
问: mso和mdo的区别主要是什么？, A8 o( o: f4 A$ Q: d
答: MDO有RF输入接口，集成了频谱分析仪，可以做时频域联调。* e" z1 z! Q3 ]7 [) {* P
问: 调制域分析是什么概念？) m- e m' E0 M! }" U! E- d& q3 r
答: 射频的幅度、频率、相位随时间的变化，利用矢量分析软件可对数字调制解调。
! m* ^2 n" H6 M. F问: MSO有几个型号？* `" [* ^+ g& U3 `: B/ h
答:有2000，3000，4000，5000多个系列，每个系列中根据带宽，采样率对应多个型号。, s8 z8 ^, d% z4 V
问: MDO4000最多可以进行多少通道的测试？+ }/ v8 g* n& ~- r. [
答: 总共有16路数字通道，4路模拟，1路RF通道，共21条，都可同时进行测试。4 q+ X: G) |; z5 P
问: 增加射频部分对测试有什么好处？( v% p" R& s6 v6 B
答: 可以看射频信号随基带及控制信号的变化，而变化的过程，并且完全同步显示。
" P8 `& J; n9 G问: 五合一系统优势比较明显吗？
8 x. ~' j) W! d! K! i) Q* Y; G答: MDO最突出的优势是跨域分析，五合一系统为测试人员提供了方便性。4 y5 c: Q9 m o
问: MDO4000混合域示波器的应用领域主要有哪些？7 }% A4 p/ B4 [. f3 y# }, A6 V
答: 嵌入式射频系统探测、宽带信号分析、瞬变信号采集与分析等等。5 [9 f" c. C: `! ~4 Y; t0 j% O
问: 在使用泰克示波器的时候，如何处理来自现场的干扰?
) _+ E: {2 w2 m! k2 O# I; H3 B答: MDO自带频谱仪，能跨域发现这些干扰问题。
; ]1 G7 o! K; p问: 利用 MDO4000如何看很短时间的频谱？
) Q, r/ G3 q' n) G: b0 `5 D, L答: MDO具有多种触发机制，设置触发好可讲瞬态频谱采集下来分析。
! U3 x2 Z0 w4 i5 X) F问: 示波器都有哪些触发方式？
8 |: n" f1 U& m2 @1 s% @: ]; ^3 N答: 示波器触发方式有射频功率触发，组合触发等等。. n( I+ f& c! f2 e: N
问: 如何用MDO查找嵌入式系统电路板中的 EMI 串扰？怎么能更精确的确定干扰源？
6 c3 s. I. D6 {2 v/ G2 q答: 通过选用近场探头。
% Z" c7 R4 ]9 b3 D7 p. B* Z! f" b/ Q问: MDO4000分析结果的输出方式有哪些？可以导出？
/ T. K! M3 h1 T& X4 g a0 W1 I答: 输出方式有图形、CSV、波形、射频IQ等，这些可以直接存储到U盘。
& T. D4 Z4 |" Q问: MDO4000主要包括哪些设备？) T) g$ T/ K. e" @: w% I
答: 示波器+频谱仪+逻辑分析仪+调制域分析仪+协议分析仪。
" K5 d- q! \( v! o问: MDO4000示波器能不能用普通示波器代替？) M, Q; d: F v# a/ [# c
答:MDO的特色是跨域分析，普通示波器无法替代，但MDO可以替代普通示波器（小于1G带宽）。
4 b7 D8 p' l/ G8 ]0 ?% N! W* f% H, C问: 如何追踪和消除无线嵌入式系统中的噪声和杂散信号？
/ K2 H: W0 O$ u( B; F* z8 ^答: 首先用MDO测试出嵌入式系统中的噪声问题，如何清除则需根据测试出的不同问题具体分析。" Z: @$ z/ @, s4 J2 P+ k" C
问:请问频谱分析有何特点？* {1 M$ O1 |, |: ^% B7 W G7 Z
答:是中档频谱仪指标，具有11个自动峰值显示，具有三维频谱显示，还具有调制域分析功能。. c+ `+ P3 T5 ~/ I2 w
问: 测量射频采用什么探头，如何测量射频的场强？
L9 F: R+ N% y7 o答: 射频用天线测试，或使用泰克VPI-N转换器，用示波器探头测试。
X2 Q3 t- U' B3 _* c/ n/ Y. g" ~! Y问: 在调试RFID系统时，如何测量标签的返回信号?
; _ C8 y/ Z3 p V' H2 n$ ]答: 天线接收可以同时采集到读卡器和标签的信号。& A$ h( Q+ ?3 C3 \& ^* s( A
问: 如果用于物联网使用，用哪一些产品比较经济实用？ Y# ~3 \! `- v, H0 y# f5 b
答: 看哪个频段的，如5.8G则用MDO4054-6，如2.4G则MDO4054-3。
! Q9 \0 ^$ m! i3 i. F$ }7 c# Y5 E |
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发表于 2020-6-22 13:37
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