查找嵌入式系統(tǒng)中噪聲來源的助手--混合域示波器
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(tǒng)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(xiàn)實,即無線技術無處不在。據(jù)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(xiàn)在包括無線功能,而且這一數(shù)字每天都在持續(xù)增長。
在嵌入式系統(tǒng)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(tǒng),一般使用開關穩(wěn)壓器,以最低的成本實現(xiàn)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(guī)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(fā)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(fā)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(tǒng)帶來干擾,或不能滿足相應的法規(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。
作為嵌入式設計人員首選的工具,示波器是單純?yōu)檫M行時域測量而優(yōu)化的。MSO (混合信號示波器)可以同時測量模擬信號和數(shù)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(lián)起來,而這對查找系統(tǒng)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(shù)嵌入式設計人員來說,頻譜分析儀并不是首選的工具。使用頻譜分析儀在系統(tǒng)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。泰克最近推出了世界上第一臺MDO,本文中的實例就基于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(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,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(shù)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(fā)送的無線電信號的上升時間,或測量無線數(shù)據(jù)流中的多個符號之間的時間??梢苑治瞿撤N設備狀態(tài)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(tǒng)操作或因果關系非常重要。
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(tǒng)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(shù)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(wěn)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(tǒng)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(fā)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(tǒng)
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。
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(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,降低產品的電池尺寸。圖1是測試設置圖。
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