使用MDO查找無線嵌入式系統(tǒng)中的噪聲來源

　在把射頻芯片或模塊集成到典型的嵌入式系統(tǒng)中時，設(shè) 計人員必須面臨的一項常見任務(wù)是追蹤和消除噪聲和雜 散信號。潛在的噪聲來源包括：開關(guān)電源、來自系統(tǒng)其 它部分的數(shù)字噪聲、以及外部噪聲來源。在考慮噪聲時，還應(yīng)考慮射頻電路產(chǎn)生的任何可能的干擾，這是避免干 擾其它無線電設(shè)備及滿足法規(guī)要求的一項重要考慮因素。 在本應(yīng)用指南中，我們將介紹使用MDO4000 系列混合域示波器系列查找噪聲來源的技術(shù)和技巧。

　　圖1. 泰克MDO4000 系列混合域示波器和Microchip 射頻測試電路板模塊。

　　把射頻通信功能集成到嵌入式系統(tǒng)中 在嵌入式系統(tǒng)中增加射頻功能時，在集成中一般會遇到 許多問題。 對電池供電系統(tǒng)，一般使用開關(guān)穩(wěn)壓器，以最低的成本 實現(xiàn)最高的實用效率。電源尺寸也經(jīng)常是一個問題。這 要求使用高開關(guān)頻率，使輸出濾波的規(guī)格和要求達到最 小。這些電源在輸出電壓上通常有紋波，這些波紋可能 會出現(xiàn)在RF發(fā)射機輸出上，特別是在搞工作負荷下或在 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，以避免射頻輸出信號受到影響，盡管這會導(dǎo)致 增加成本或尺寸。 無線電芯片或模塊的硬件電路和軟件配置可能會影響發(fā) 送的信號質(zhì)量。如果設(shè)置和過濾不當(dāng)，射頻輸出信號可 能會給其它無線電系統(tǒng)帶來干擾，或不能滿足相應(yīng)的法 規(guī)標準。某些無線電系統(tǒng)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(guī)要求。

　　圖2. 被測器件（Microchip Technologies MRF89XA 868 MHz無線電）與MDO4000系列混合域示波器之間的測試連接。

　　應(yīng)用實例：帶有開關(guān)電源、支持無線功能的嵌入式系統(tǒng)

　　在下面的討論中，被測器件將使用一塊靈活的射頻通信集成電路，其已經(jīng)集成到射頻測試模塊中，即Microchip Technologies MRF89XM8A。這個模塊采用MRF89XA 集成電路及濾波和天線匹配。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，對射頻參數(shù)設(shè)置進行編程。

　　為演示使用開關(guān)電源對無線電供電的影響，我們使用升壓轉(zhuǎn)換器集成電路Microchip MCP1640，其集成到MCP1640EV評測電路板上。這個轉(zhuǎn)換器以大約500 kHz 頻率開關(guān)，這一頻率對開關(guān)穩(wěn)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(chǎn)品的電池尺寸。

　　為調(diào)試這個器件，我們使用泰克MDO4000系列混合域示波器。MDO4000 系列擁有獨特的功能，可以同時顯示4 個模擬信號、16 個數(shù)字波形、最多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(guān)，顯示控制信號對模擬域和RF 域的影響。圖2 說明了下述測試使用的設(shè)置。

　　圖3. 查看時域和頻域。

　　識別噪聲來源

　　我們測量以868 MHz為中心的射頻頻譜，其擁有相當(dāng)?shù)偷? kbps 的FSK 調(diào)制數(shù)據(jù)速率，以供參考。圖3 顯示了參考頻譜。注意MDO4000 系列同時顯示時域視圖和頻域視圖，所有信號都時間相關(guān)。畫面的下半部分顯示了RF信號的頻域視圖，在本例中是射頻發(fā)射機輸出，畫面的上半部分是時域的傳統(tǒng)示波器視圖。頻域視圖中顯示的頻譜來自時域視圖中短橙色條指明的時間周期，稱為頻譜時間（Spectrum Time）。由于時域畫面的水平量程獨立于處理時域畫面傅立葉變換（FFT）要求的時間數(shù)量，表示與RF采集相關(guān)的實際時間周期非常重要。MDO4000系列示波器的獨特結(jié)構(gòu)可以以時間相關(guān)的方式分開采集所有輸入（數(shù)字信號、模擬信號和RF信號）。每個輸入有單獨的存儲器，視時域畫面的水平采集時間，存儲器中采集的RF 信號支持頻譜時間，并可以在模擬時間內(nèi)部移動，如圖4 所示。

　　圖4. 使用干凈的實驗室電源，在數(shù)據(jù)包前置碼多個符號期間顯示的占用功率測量結(jié)果。

　　通過MDO4000 系列，可以在采集數(shù)據(jù)中移動頻譜時間 （Spectrum Time），考察RF 頻譜怎樣隨時間變化。在圖 4中，我們調(diào)整頻譜時間的位置，顯示數(shù)據(jù)包前置碼多個符號期間發(fā)送的信號的頻譜。頻譜時間是支持頻譜畫面希望的分辨率帶寬（RBW）要求

　　的時間數(shù)量。它等于窗口因數(shù)除以RBW。默認的Kaiser Window的整形因數(shù)為2.23，在本例中，頻譜時間為2.23/ 220 Hz，約為10 ms。 FSK調(diào)制一次只有一個RF信號頻率，我們對頻譜使用較長的采集時間，以測量占用帶寬和總功率。