據IHS iSuppli公司最近提交的一份報告預測,2011年采用嵌入式無線局域網(WLAN)技術的電子產品出貨量將首次超過10億臺,并且隨著無線連接成為標準配置功能,到2015年出貨量將增加到20億臺以上。
低成本是無線連接普及的助推劑。大約2.5美元的價格使得工程師可以輕松將現成的無線模塊加入他們的設計。泰克公司的調查表明,現在幾乎40%的嵌入式系統設計都包含了無線連接功能。
雖然消費需求強勁,元器件成本也很低,但設計和驗證帶無線功能的嵌入式系統的性能卻極具挑戰性。今天的設計工程師在檢查他們的無線設計時必須分析模擬、數字和射頻信號。為了進行這些測量,他們一般要使用示波器來查看時域波形,并使用頻譜分析儀來查看頻域信號。
這兩種儀器在各自的域中都能很好地發揮特長,但它們卻不能很好地聯動。因此,設計人員很難分析時域控制信號和頻域輸出信號之間的交互情況。設計人員迫切需要能夠用一臺儀器來捕捉時間相關的模擬、數字和射頻信號,以便查看射頻頻譜隨時間的變化情況。
混合域示波器
混合域示波器(MDO)可以同時顯示時域和頻域信息。可以在MDO上查看任意時間點的射頻頻譜,從而了解射頻頻譜隨時間或設備狀態的變化情況。事實上,泰克的MD04000首次允許設計人員捕獲時間相關的模擬、數字和射頻信號,從而實現對設備完整的系統性瀏覽(圖1)。
MDO可以用作獨立的示波器,也可以用作全功能的頻譜分析儀。當射頻通道和任何模擬或數字通道同時工作時,示波器的顯示屏被分成兩個視窗。顯示屏的上半部分是傳統示波器的時域視窗,下半部分是射頻輸入的頻域視窗。
頻域視窗并不僅僅是儀器的模擬或者數字通道的快速傅里葉變換(FFT),還包含從射頻輸入端捕獲的頻譜。在頻域視窗中顯示的頻譜采集自時域視窗中短橙條所指示的時段(被稱為頻譜時間)(圖2)。頻譜時間可以在捕獲窗口中移動,以便示波器在運行或停止捕獲時查看射頻頻譜隨時間的變化情況。
高級觸發機制
為了研究現代射頻設備的時間變化特性,MDO提供了完整集成射頻、模擬和數字通道的觸發式捕獲系統。這意味著單次觸發事件可以同步協調所有通道上的捕獲,從而捕獲到在感興趣的時域事件發生時的精確時間點上的頻譜。
時域觸發方式包括邊沿、序列、脈寬、定時、矮脈沖、邏輯、建立/保持違反、上升/下降時間、視頻以及各種并行和串行總線數據包觸發方式。此外,MDO還可以用射頻輸入端的功率電平觸發。例如,MDO可以由射頻發射器開啟所觸發。
高級射頻觸發機制支持將射頻輸入功率電平用作序列、脈寬、定時、矮脈沖和邏輯觸發器類型的觸發源。例如,MDO可以經設置而被特定長度的射頻脈沖所觸發,或使用射頻通道作為邏輯觸發器的輸入而實現示波器的觸發。
為了描述時間相關的模擬、數字和射頻顯示的好處,可以采用一個帶鎖相環(PLL)控制功能的壓控振蕩器(VCO)。圖3顯示了這個測試的設置,其中,示波器的通道1用于探測VCO使能線,通道2連接PLL電壓信號,串行外設接口(SPI)控制總線用數字輸入端進行監視和解碼,VCO輸出直接連接MDO射頻輸入端。
首先,SPI總線發送一條將頻率設置為2.4GHz的命令到VCO.根據接收到的命令,PLL輸出電壓開始像預期那樣增加。隨著電壓的增加,VCO頻率也成比例地提高。經過一段時延后,PLL輸出頻率調整到期望值。
在MDO4000顯示器上可以移動頻譜時間條,以查看在啟動序列中任意時間點的輸出頻率和特性。這樣,一臺儀器可以同時顯示串行總線命令、模擬輸出和PLL啟動時間的測量結果(圖4、圖5和圖6)。
時間相關的模擬、數字與射頻信號能夠真正簡化調試過程的另外一種情況也許是當我們需要表征數字無線伺服系統的性能時。其目標是測量從接收到控制信號到射頻信號達到新狀態的時延。
需要設置中心頻率以匹配發射器的載頻。為了查看射頻幅度如何隨時間變化,可以在時域視窗中增加射頻幅度與時間的關系曲線(圖7)。MDO射頻脈寬觸發器可以用來捕獲命令,并同時顯示兩個信號。然后,利用光標就可以簡單地測出射頻信號和相應控制信號之間的時間差。
關聯測量
使用MDO可以非常方便地將頻域中的事件與時域信號關聯起來。不管是在集成Bluetooth、ZigBee,還是其它的無線技術,您都可以使用MDO快速排查系統級問題。利用MDO4000,關聯事件、觀察交互或者測量兩個域之間的時序延遲都特別方便,它能讓您快速了解設計的工作情況。
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