使用混合域示波器查找無線嵌入式系統中的噪聲來源

    查找噪聲來源一直不是一件輕松的事情。但是，新增的無線技術進一步提高了嵌入式系統的復雜程度，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zui低的成本實現zui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zui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，盡管這會導致不希望的成本或功率。

    無線電芯片或模塊的硬件電路和軟件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干擾，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字信號，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。

    盡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，頻譜分析儀并不是的工具。使用頻譜分析儀在系統其余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zui近推出了世界上*臺MDO，本文中的實例就基于MDO4000系列。該示波器擁有*的功能，可以同時顯示4個模擬信號、16個數字波形、zui多4條解碼的串行總線和/或并行總線及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后的部分主要概念。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、數字信號和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系。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，并與對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系非常重要。

    時域信號是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于回答下面這些問題：“電源真的是DC嗎?”“這個數字信號的建立時間是否充足?”“我的RF信號打開了么?”“目前正在通過這條有線總線傳送哪些信息?”時域信號不限于模擬輸入。觀看RF幅度、頻率和相位隨時間變化可以研究RF信號簡單的模擬調制特點、啟動特點和穩定特點。

    頻域信號則是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于回答下面這些問題：“發送的這個RF信號是否位于分配的頻譜范圍內?”“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。這個模塊采用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。