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嵌入式射频系统调测过程需要注意以下事项

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发表于 2020-6-22 13:37 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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嵌入式射频系统4 E4 e' [5 v$ g' ~+ 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。/ J2 F6 V; u# f' x+ u9 B
传统嵌入式系统的组成包括:A/D、D/A、 DSPFPGA;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。
& F4 ]7 B0 W' ]  f! C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。" P6 b8 A8 @8 N2 x  B/ `- l
嵌入式系统设计调试的挑战
  Y$ ?; j( F; A; v0 F) C( |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。% D; Q$ z! n% a$ s: G
对于可靠性测试,我们要注意以下几点:9 ]: {; A: c' ?2 b2 x% |: Y& ]: Y
•各组成部分一致性测试
+ w8 e& |  V8 `: A5 ^2 p•各组成部分故障排查
& x7 ]/ L- V+ ~; z•各组成部分潜在问题的发现
7 y, q7 Y8 ]: |–偶发毛刺
9 h5 ?, J+ f, `% \/ m–串扰9 S5 H( q  L* R( C  c
–噪声5 Y* Z6 `& g1 Q. B" s- ^% D
对于定时分析,则要注意以下几点:4 b# ^; q* f% N( _' H% E1 i
•降低控制信号时延可提高嵌入式系统& V% }! b( v" X8 F+ h% C
工作效率# [& U) |7 G1 C$ O" p' W
•分析总线信号与控制信号间的时序关
$ s8 ?/ _$ b% x; Z! P& j; D系可提高嵌入式系统编程效率
, t8 n; \6 s4 b3 M) ~" V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。
8 s' V+ s1 ?$ y; ^MSO系列示波器  B; o3 p" O- ?# t
泰克MSO系列示波器型号特性如表1所示。* e+ j0 ^( J5 c/ I, R: V" l
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。2 n, n  _' p# S, \- S) G
表1 泰克MSO系列示波器型号特性; z6 s. b/ x$ K' D1 S

" ?  I& l6 s! ]3 `0 }1 E: n
( X/ y; L) U4 q, |: B图1 调试的5个阶段9 s! k* J- @! H+ A8 ^& C
MSO系列示波器在针对这5个阶段分别具有不同的特点。' |: m# I( o  a1 ~' |6 e
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。8 ^1 G! {. w" @
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。1 ~8 X  x: E" P5 o
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。/ @/ i" ?# D& i- \8 W9 J. {- `
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。
8 W* N9 D* d- j5 J( J. R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。
/ U1 F, ]7 ~; k( g' n$ A; T/ E: t! U) hMDO4000系列混合域示波器
+ O1 q- z2 N6 j6 G5 t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。
2 b% \0 P4 Y" ]4 s5 x* f2 ], H6 Z' O( Q. Y3 M! Y' I% \
8 l$ }# Q& g8 y1 j/ b* B9 W
图2 具有射频信号的嵌入式系统
; _( q& n% k3 V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?3 i) E! O6 R) |" _( ^+ ^. P! r
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:8 h- E4 k7 S/ N: X0 j5 m/ m
•验证嵌入式射频系统的工作情况
  ]+ x# _" s7 Q$ u! u/ I•帮助提高嵌入式射频系统工作效率- U2 C" c: |: {
•发现嵌入式射频系统潜在问题# A6 T% ~6 ^4 B- A0 n2 l
•查找嵌入式系统中的噪声
8 `- }( }" m' R! A& f) `1 }" I+ s•查找嵌入式射频系统电路板中的 EMI
( x. j0 v" C: z" g串扰5 c; |+ `! U; n$ I1 l5 p  w
•嵌入式射频系统中的调制域分析
8 T" J( f2 E  ~1 M: g' c•嵌入式射频系统中的通用射频指标测
5 m) ^( ?4 ]6 f0 M6 V  E  Z, i# l& k2 N7 n
•嵌入式系统中的时域测试2 i; x0 p8 [. l# a5 w
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。
6 x( E& U, O. ]4 P1 `
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8 J2 b4 g3 {: B9 y图3 MDO4000混合域示波器. I& y) |, g. V( T. r
MDO4000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。2 S/ H. Y4 A' L: {* [0 Y$ x' N4 Z
MDO4000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。1 q% l8 g4 y, I& o0 k1 G
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。
: t9 e9 N6 D1 Q$ |1 M9 F5 }5 X测试实例& M1 a' w* c0 l% r$ j1 S6 c
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。6 p( a0 [: U' W: y$ D3 c
" D* f) ~2 B# I# t
) x- _* m: K& b8 P, x8 Z  P5 x+ ]
图4 RFID 读卡器工作情况
& q0 h' G+ Z) J* X( NRFID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。
- a( @2 Y5 |4 U, j3 }6 e( r+ i2 @9 l# ?/ Z8 U" J7 g/ S* k
1 J6 d2 }, q) T1 z. `
图5 RFID一致性测试
' b# j  I+ J) V- E- R. x6 n" ~9 ]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 F$ p" m8 Q+ |9 ]
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。
; P, m* y, X% s  x% p
- _2 M& E+ Q! R# X0 v 9 L: Q  J. V/ v: a
图6 锁相环建立的时域波形和频域分析
) w1 r5 A( v9 e' V, O! |4 e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。
+ B$ R/ u7 F2 J7 P: Q4 R$ A$ y
$ S- ~! T- e4 h& c # H: E, z( n2 W, W! m- M
图7 锁相环建立的分析演示
; o; I1 g  m7 g5 R& aMDO 特色总结* S% |4 X, Q6 l8 z
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。
- J) V8 U. x: A问答选编
3 d  N" e+ B: x! l4 p9 ]问: MDO4000可以测试哪些射频指标?( m7 o0 R! P9 G% I4 Y+ @1 s
答: 功率、OBW、ACPR以及频谱。) c, a2 `; g( d6 x( @6 z( o
问: 请问MDO4000测量和分析结果如何输出?采用何种文件格式?
9 N8 p  s* B+ l! J: X4 P3 T答: 图形、波形、CSV。/ I1 D& J: r; F7 K( v( G6 V8 |1 l
问: 存储深度多少?可以增加吗?9 E* U" ~. O; w$ V; [3 O
答: 示波器模拟通道每通道20M,RF通道1G。) c2 ]/ T$ t% Q  X& F  L7 v
问: MDO4000最多可以同时支持几种种不同的串行接口?* Y+ g0 s" z4 y3 p6 A& j" S" S6 J
答: 关键看总线的数,对小于四条的总线,可同时测试4个。
2 C, s* S/ a2 r1 Z问: mso和mdo的区别主要是什么?
* k* T; D( k4 ^. G% y答: MDO有RF输入接口,集成了频谱分析仪,可以做时频域联调。4 T! \7 k) {* g% L
问: 调制域分析是什么概念?  X& s( m& Y6 d) B; x
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。
3 [& k3 L7 N; C+ ]问: MSO有几个型号?2 G3 C5 A/ j$ i: s9 ]! g# H9 M
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。
% K3 W/ l% {" k) Z问: MDO4000最多可以进行多少通道的测试?5 V3 H) d: v* E  ]2 ?
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 C+ Q: T( m* P! u& i1 Z( B; P) I
问: 增加射频部分对测试有什么好处?
2 i; K; @/ k$ ]# J; N: E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。$ M( a9 Q9 K) M6 ^8 H+ t8 r
问: 五合一系统优势比较明显吗?
+ S# A( @; J1 P2 e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。
7 C) B: f8 r, e3 D问: MDO4000混合域示波器的应用领域主要有哪些?" r" O1 g/ C" f* C) C2 j
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。, H7 F4 j' ~  q8 `  ]
问: 在使用泰克示波器的时候,如何处理来自现场的干扰?- p) \2 V! G1 U+ h/ U7 |
答: MDO自带频谱仪,能跨域发现这些干扰问题。
9 s2 U' M1 r7 }问: 利用 MDO4000如何看很短时间的频谱?
# ~7 r6 {. ?1 Q" u9 W6 e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。, l. ^4 D5 }0 E9 Z3 H4 a
问: 示波器都有哪些触发方式?
5 x" T" I' P- W$ _  o# t+ o答: 示波器触发方式有射频功率触发,组合触发等等。2 S; ]% d+ Z7 S* r6 ^
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?
; N) \0 @, O: b- p2 i& ~, ]答: 通过选用近场探头。1 ^0 e' Q. O8 w1 d% N& t4 ~
问: MDO4000分析结果的输出方式有哪些?可以导出?2 v  s! N6 M2 _, w/ j+ x# 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。
$ F" E  @/ m7 O" }2 D问: MDO4000主要包括哪些设备?3 c+ H7 o/ O9 W
答: 示波器+频谱仪+逻辑分析仪+调制域分析仪+协议分析仪。8 F9 s5 k; G- ^0 X
问: MDO4000示波器能不能用普通示波器代替?& ^0 T1 `' L# }; @* O4 U
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)。
6 b; b0 T; \* J7 T6 x9 V5 X; I问: 如何追踪和消除无线嵌入式系统中的噪声和杂散信号?
+ J' y% F9 ^& s* E/ `/ c' R& R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。* v0 b5 T/ G9 c6 q) a0 I
问:请问频谱分析有何特点?# A0 V  |5 A# I: r9 S' u. `. L( Q0 _8 W  O
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。! [$ p# j; |( W$ a0 \
问: 测量射频采用什么探头,如何测量射频的场强?
# a( \% A- c5 c5 _& o- I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。
' n  {; D* j) v' v, s4 g# V; {问: 在调试RFID系统时,如何测量标签的返回信号?7 s8 d0 N" J& g/ \) Z" k) r
答: 天线接收可以同时采集到读卡器和标签的信号。
0 a  t/ I. P8 P0 t- \4 W问: 如果用于物联网使用,用哪一些产品比较经济实用?: u9 B% @0 k# E% V7 h
答: 看哪个频段的,如5.8G则用MDO4054-6,如2.4G则MDO4054-3。& ?4 y3 T: \6 {! y: B: s: g% n

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发表于 2020-6-22 14:48 | 只看该作者
对测试仪器的要求则综合为具有混合信号测试能力
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