中心議題：

• 如何追蹤和消除無線嵌入式係統中的噪聲和雜散信號

解決方案：

• MDO4000係列新型示波器

在(zai)把(ba)無(wu)線(xian)電(dian)芯(xin)片(pian)或(huo)模(mo)塊(kuai)集(ji)成(cheng)到(dao)典(dian)型(xing)的(de)嵌(qian)入(ru)式(shi)係(xi)統(tong)中(zhong)時(shi)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)麵(mian)臨(lin)的(de)一(yi)項(xiang)常(chang)見(jian)任(ren)務(wu)是(shi)追(zhui)蹤(zong)和(he)消(xiao)除(chu)噪(zao)聲(sheng)和(he)雜(za)散(san)信(xin)號(hao)。潛(qian)在(zai)的(de)噪(zao)聲(sheng)來(lai)源(yuan)包(bao)括(kuo)：開關電源、來自係統其它部分的數字噪聲、以yi及ji外wai部bu噪zao聲sheng來lai源yuan。在zai考kao慮lv噪zao聲sheng時shi

，還hai應ying考kao慮lv無wu線xian電dian產chan生sheng的de任ren何he可ke能neng的de幹gan擾rao
，這zhe是shi避bi免mian幹gan擾rao其qi它ta無wu線xian電dian及ji滿man足zu法fa規gui要yao求qiu的de一yi項xiang重zhong要yao考kao慮lv因yin素su。

查(zha)找(zhao)噪(zao)聲(sheng)來(lai)源(yuan)一(yi)直(zhi)不(bu)是(shi)一(yi)件(jian)輕(qing)鬆(song)的(de)事(shi)情(qing)。但(dan)是(shi)，新(xin)增(zeng)的(de)無(wu)線(xian)技(ji)術(shu)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)了(le)嵌(qian)入(ru)式(shi)係(xi)統(tong)的(de)複(fu)雜(za)程(cheng)度(du)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)在(zai)跟(gen)蹤(zong)噪(zao)聲(sheng)來(lai)源(yuan)方(fang)麵(mian)麵(mian)臨(lin)著(zhe)更(geng)大(da)的(de)障(zhang)礙(ai)。我(wo)們(men)必(bi)須(xu)麵(mian)對(dui)這(zhe)個(ge)現(xian)實(shi)
，即(ji)無(wu)線(xian)技(ji)術(shu)無(wu)處(chu)不(bu)在(zai)。據(ju)估(gu)算(suan)，目(mu)前(qian)使(shi)用(yong)的(de)無(wu)線(xian)設(she)備(bei)已(yi)經(jing)超(chao)過(guo)10億台
，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zai嵌qian入ru式shi係xi統tong中zhong增zeng加jia無wu線xian功gong能neng時shi，在zai集ji成cheng中zhong一yi般ban會hui遇yu到dao許xu多duo問wen題ti。對dui電dian池chi供gong電dian係xi統tong，一yi般ban使shi用yong開kai關guan穩wen壓ya器qi
，以yi最zui低di的de成cheng本ben實shi現xian最zui高gao的de實shi用yong效xiao率lv。電dian源yuan輸shu出chu功gong率lv也ye經jing常chang是shi一yi個ge問wen題ti。這zhe要yao求qiu使shi用yong高gao開kai關guan頻pin率lv，使shi輸shu出chu濾lv波bo的de規gui格ge和he要yao求qiu達da到dao最zui小xiao。這zhe些xie電dian源yuan在zai輸shu出chu電dian壓ya上shang通tong常chang有you紋wen波bo，其qi可ke能neng會hui顯xian示shi在zaiRF發(fa)射(she)機(ji)輸(shu)出(chu)上(shang)，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)負(fu)荷(he)下(xia)或(huo)在(zai)電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)不(bu)足(zu)時(shi)。為(wei)避(bi)免(mian)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)，可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)額(e)外(wai)的(de)電(dian)源(yuan)濾(lv)波(bo)，以(yi)避(bi)免(mian)無(wu)線(xian)電(dian)信(xin)號(hao)不(bu)想(xiang)要(yao)的(de)損(sun)傷(shang)，盡(jin)管(guan)這(zhe)會(hui)導(dao)致(zhi)不(bu)希(xi)望(wang)的(de)成(cheng)本(ben)或(huo)功(gong)率(lv)。

wuxiandianxinpianhuomokuaideyingjiandianluheruanjianpeizhikenenghuiyingxiangfasongdexinhaozhiliang。ruguoshezhiheguolvbudang
，wuxiandiankenenghuigeiqitawuxiandianxitongdailaiganrao
，huobunengmanzuxiangyingdefaguibiaozhun。mouxiewuxiandianxitongxuyaoxindaolvboqi、RF表麵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首選的工具，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，而這對查找係統級問題至關重要。

盡(jin)管(guan)頻(pin)譜(pu)分(fen)析(xi)儀(yi)可(ke)以(yi)在(zai)頻(pin)域(yu)中(zhong)進(jin)行(xing)測(ce)量(liang)，但(dan)對(dui)大(da)多(duo)數(shu)嵌(qian)入(ru)式(shi)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)來(lai)說(shuo)
，頻(pin)譜(pu)分(fen)析(xi)儀(yi)並(bing)不(bu)是(shi)首(shou)選(xuan)的(de)工(gong)具(ju)。使(shi)用(yong)頻(pin)譜(pu)分(fen)析(xi)儀(yi)在(zai)係(xi)統(tong)其(qi)餘(yu)地(di)方(fang)進(jin)行(xing)時(shi)間(jian)相(xiang)關(guan)測(ce)量(liang)幾(ji)乎(hu)是(shi)不(bu)可(ke)能(neng)的(de)。

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台MDO，本文中的實例就基於MDO4000係列。該示波器擁有獨特的功能，可以同時顯示4個模擬信號、16個數字波形
、最多4條解碼的串行總線和/或並行總線及1個RF信號。所有這些信號都時間相關，顯示控製信號對模擬域和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後的部分主要概念。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(neng)夠(gou)測(ce)量(liang)所(suo)有(you)輸(shu)入(ru)之(zhi)間(jian)的(de)定(ding)時(shi)關(guan)係(xi)。例(li)如(ru)，它(ta)可(ke)以(yi)測(ce)量(liang)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)與(yu)無(wu)線(xian)電(dian)傳(chuan)輸(shu)之(zhi)開(kai)始(shi)之(zhi)間(jian)的(de)時(shi)間(jian)
，測(ce)量(liang)發(fa)送(song)的(de)無(wu)線(xian)電(dian)信(xin)號(hao)的(de)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)
，或(huo)測(ce)量(liang)無(wu)線(xian)數(shu)據(ju)流(liu)中(zhong)的(de)多(duo)個(ge)符(fu)號(hao)之(zhi)間(jian)的(de)時(shi)間(jian)。可(ke)以(yi)分(fen)析(xi)某(mou)種(zhong)設(she)備(bei)狀(zhuang)態(tai)變(bian)化(hua)期(qi)間(jian)的(de)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)暫(zan)降(jiang)
，並(bing)與(yu)對(dui)RF信號的影響相關。時間相關對了解整個係統操作或因果關係非常重要。

shiyuxinhaoshizuihaoyongfudusuishijianbianhuaguanchadexinhao
，zhexiexinhaozaichuantongshangshiyongshiboqiceliang。yongfudusuishijianbianhuaguanchaxinhaoyouzhuyuhuidaxiamianzhexiewenti：“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信號打開了麼？”“目前正在通過這條有線總線傳送哪些信息


？”時域信號不限於模擬輸入。觀看RF幅度、頻率和相位隨時間變化可以研究RF信號簡單的模擬調製特點、啟動特點和穩定特點。

pinyuxinhaozeshizuihaoyongfudusuipinlvbianhuaguanchadexinhao，zhexiexinhaozaichuantongshangshiyongpinpufenxiyiceliang。yongfudusuipinlvbianhuaguanchaxinhaoyouzhuyuhuidaxiamianzhexiewenti：“發送的這個RF信號是否位於分配的頻譜範圍內？”“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係統

在下麵的討論中
，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。

我們測量以868 MHz為中心的無線電頻譜，其擁有相當低的2 kbps的FSK調製數據速率，以供參考。圖2顯示了參考頻譜。注意MDO同時顯示時域視圖和頻域視圖，所有信號都時間相關。[page]

畫麵的下半部分顯示了RF信xin號hao的de頻pin域yu視shi圖tu，在zai本ben例li中zhong是shi無wu線xian電dian發fa射she機ji輸shu出chu，畫hua麵mian的de上shang半ban部bu分fen是shi時shi域yu的de傳chuan統tong示shi波bo器qi視shi圖tu。頻pin域yu視shi圖tu中zhong顯xian示shi的de頻pin譜pu來lai自zi時shi域yu視shi圖tu中zhong短duan橙cheng色se條tiao指zhi明ming的de時shi間jian周zhou期qi
，稱cheng為wei頻pin譜pu時shi間jian(Spectrum Time)。

由於時域畫麵的水平量程獨立於處理時域畫麵傅立葉變換(FFT)要求的時間數量，表示與RF采集相關的實際時間周期非常重要。MDO係列示波器的獨特結構可以以時間相關的方式分開采集所有輸入(數字信號、模擬信號和RF信號)。每個輸入有單獨的存儲器
，視時域畫麵的水平采集時間，存儲器中采集的RF信號支持頻譜時間，並可以在模擬時間內部移動

，如圖3所示。

可以在采集數據中移動頻譜時間(Spectrum Time)，考察RF頻譜怎樣隨時間變化。在圖3中，我們放置頻譜時間
，顯示數據包前置碼多個符號期間發送的信號的頻譜。頻譜時間是支持頻譜畫麵希望的解析帶寬(RBW)要求的時間數量。它等於窗口整形因數除以RBW。默認的Kaiser Window的整形因數為2.23，在本例中
，頻譜時間為2.23/220 Hz
，約為10 ms。

FSK調製一次隻有一個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。

為簡便地看到無線電中的數據包傳輸，我們在時域視圖中增加了RF隨時間變化曲線。標有“A”的橙色曲線顯示了瞬時RF幅離隨時間變化。標有“f ”的橙色曲線顯示了相對於畫麵中心頻率的瞬時RF頻率隨時間變化。綠色曲線(通道4)顯示了到模塊的電流。可以看到
，電流從數據包之間接近0上升到傳輸期間大約40 mA。黃色曲線(通道1)顯示了模塊電源電壓上的AC紋波。注意在傳輸期間隻有很小的電壓暫降。

上圖是在使用幹淨的實驗室電源供電的模塊中獲得的
，這在實際環境中很難實現，但可以作用實用參考。圖4顯示了相同的RF信xin號hao
，但dan使shi用yong升sheng壓ya型xing開kai關guan電dian源yuan為wei無wu線xian電dian模mo塊kuai供gong電dian。升sheng壓ya穩wen壓ya器qi因yin產chan生sheng噪zao聲sheng而er臭chou名ming昭zhao著zhu
，但dan它ta允yun許xu使shi用yong一yi個ge或huo兩liang個ge堿jian性xing或huo鎳nie鎘ge單dan元yuan及ji相xiang對dui較jiao少shao的de器qi件jian，降jiang低di了le成cheng本ben。注zhu意yi被bei調tiao製zhi信xin號hao底di部bu的de噪zao聲sheng提ti高gao。在zai發fa送song的de信xin號hao附fu近jin

，噪zao聲sheng至zhi少shao要yao比bi幹gan淨jing的de電dian源yuan高gao5 dB。噪(zao)聲(sheng)已(yi)經(jing)容(rong)易(yi)地(di)顯(xian)現(xian)在(zai)電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)和(he)電(dian)壓(ya)波(bo)形(xing)中(zhong)。額(e)外(wai)的(de)噪(zao)聲(sheng)還(hai)會(hui)令(ling)從(cong)發(fa)射(she)機(ji)收(shou)集(ji)這(zhe)些(xie)數(shu)據(ju)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)接(jie)收(shou)機(ji)上(shang)的(de)信(xin)號(hao)信(xin)噪(zao)比(bi)劣(lie)化(hua)
，降(jiang)低(di)無(wu)線(xian)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)有(you)效(xiao)範(fan)圍(wei)。
[page]
可以使用商用EMI電流探頭測量來自電源的噪聲，電流探頭用來觀察來自圖5中開關裝置的噪聲。在本例中

，開關裝置由電阻器和小型電容器提供載荷。MDO中的自動標記功能用來顯示電源發出的最明顯的七個信號的頻率和幅度。MDO4000係列可以提供最多11個自動標記
，用絕對值顯示結果
，或作為相對值顯示參考最大信號的結果。最高值一直表示為紅色參考(Red Reference)標記。注意基礎頻率和二階諧波的電平大體相同
，約為30 dBuA。屏幕的上半部分顯示了MCP1640 IC開關晶體管上的波形。我們使用測量功能顯示開關頻率，確認RF標記測量。

在電源驅動RF電路板時
，噪聲功率的時域畫麵和頻域畫麵變化。圖6xianshilexiangtongdedianyuanzaoshengjiewaidexinhao。zhuyierjiexieboxiajiang，danyouxuduoqitadidianpingzaosheng。bufenzaoshengkenenghuigeiwuxiandianjieshoujideyunxingdailaihendaganrao，xuyaorenzhenpinggu。

數字電路板可能會產生噪聲，如圖7所示。可以使用一隻單線探頭，查找噪聲來源、幅度和頻率。這裏
，在220 MHz範圍內有明顯的噪聲。自動標記顯示868 MHz發(fa)送(song)信(xin)號(hao)及(ji)不(bu)想(xiang)要(yao)的(de)信(xin)號(hao)的(de)最(zui)高(gao)電(dian)電(dian)平(ping)。我(wo)們(men)使(shi)用(yong)手(shou)動(dong)標(biao)記(ji)測(ce)量(liang)最(zui)高(gao)電(dian)平(ping)噪(zao)聲(sheng)的(de)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)。手(shou)動(dong)標(biao)記(ji)中(zhong)顯(xian)示(shi)的(de)測(ce)量(liang)數(shu)據(ju)還(hai)包(bao)括(kuo)關(guan)心(xin)的(de)信(xin)號(hao)的(de)噪(zao)聲(sheng)密(mi)度(du)。了(le)解(jie)這(zhe)類(lei)噪(zao)聲(sheng)功(gong)率(lv)可(ke)能(neng)會(hui)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)
，因(yin)為(wei)視(shi)無(wu)線(xian)電(dian)接(jie)收(shou)機(ji)結(jie)構(gou)
，接(jie)收(shou)機(ji)靈(ling)敏(min)度(du)可(ke)能(neng)受(shou)到(dao)各(ge)種(zhong)頻(pin)率(lv)上(shang)的(de)噪(zao)聲(sheng)影(ying)響(xiang)。
[page]

無線電產生的噪聲
在zai嵌qian入ru式shi係xi統tong中zhong增zeng加jia無wu線xian電dian係xi統tong時shi還hai有you一yi個ge潛qian在zai問wen題ti，即ji無wu線xian電dian生sheng成cheng噪zao聲sheng，會hui幹gan擾rao係xi統tong的de其qi它ta部bu分fen，或huo不bu能neng滿man足zu無wu線xian電dian信xin號hao的de法fa規gui限xian製zhi。占zhan用yong帶dai寬kuan和he總zong發fa送song功gong率lv等deng測ce量liang還hai有you助zhu於yu評ping估gu是shi否fou滿man足zu法fa規gui要yao求qiu。

圖8顯示了想要的信號的頻譜以及相鄰頻率中的雜散信號傳輸。它顯示了基礎頻率任一側500 kHz左右的部分雜散信號，但它們比基礎頻率低約40 dB

，整體上是可以接受的。這個圖還顯示測得的信號功率為1.4 dBm

，占用帶寬為94.5 kHz，落在可以接受的100 kHz典型帶寬範圍內。

下一步是使用與圖8中基礎頻率相同的測量查看二階諧波。在這個實例中，我們發現
，二階諧波上的功率電平較基礎諧波略微下降了不到40 dB，占用帶寬是基礎諧波頻譜帶寬的兩倍。圖9顯示了三階諧波，其通常是無線電係統中最麻煩的部分。但是，在這個頻率上，信號的噪聲功率相對於載波非常低(~ -60dBc)。

可以直到六階諧波在這個頻段中進行測量。在這一頻率中
，這一無線電幾乎沒有明顯輻射
，低於-80 dBm。

小結
在嵌入式係統中包括無線通信技術時，要考察許多關鍵問題，包括電源開關噪聲的影響、正確設置無線電集成電路的工作參數、保證發射輸出滿足相應的無線電法規。

MDO能neng夠gou查zha看kan時shi間jian相xiang關guan的de信xin號hao

，幫bang助zhu設she計ji人ren員yuan高gao效xiao診zhen斷duan和he測ce試shi電dian源yuan和he其qi它ta噪zao聲sheng影ying響xiang。它ta能neng夠gou確que認ren正zheng確que設she置zhi發fa送song到dao無wu線xian電dian的de數shu據ju命ming令ling，並bing能neng夠gou檢jian查zha來lai自zi發fa射she機ji和he其qi它ta電dian路lu的de雜za散san輻fu射she。它ta可ke以yi用yong來lai測ce量liang高gao達da6 GHz的RF信號

，另外還可以通過時間相關的采集，查看來自開關電源和數字電路的低頻噪聲。

"希望了解更多
，請登錄http://www.tek.com/zh/scoperevolution/index53.html，觀看“查找無線嵌入式係統的噪聲來源”在線研討會。"