使用MDO查找無線嵌入式系統中的噪聲來源

　在把射頻芯片或模塊集成到典型的嵌入式系統中時，設 計人員必須面臨的一項常見任務是追蹤和消除噪聲和雜 散信號。潛在的噪聲來源包括：開關電源、來自系統其 它部分的數字噪聲、以及外部噪聲來源。在考慮噪聲時，還應考慮射頻電路產生的任何可能的干擾，這是避免干 擾其它無線電設備及滿足法規要求的一項重要考慮因素。 在本應用指南中，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中 在嵌入式系統中增加射頻功能時，在集成中一般會遇到 許多問題。 對電池供電系統，一般使用開關穩壓器，以最低的成本 實現最高的實用效率。電源尺寸也經常是一個問題。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 會出現在RF發射機輸出上，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 送的信號質量。如果設置和過濾不當，射頻輸出信號可 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。

　　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。

　　應用實例：帶有開關電源、支持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射頻通信集成電路，其已經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。

　　為調試這個器件，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。圖2 說明了下述測試使用的設置。

　　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，其擁有相當低的2 kbps 的FSK 調制數據速率，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。畫面的下半部分顯示了RF信號的頻域視圖，在本例中是射頻發射機輸出，畫面的上半部分是時域的傳統示波器視圖。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）要求的時間數量，表示與RF采集相關的實際時間周期非常重要。MDO4000系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部移動，如圖4 所示。

　　圖4. 使用干凈的實驗室電源，在數據包前置碼多個符號期間顯示的占用功率測量結果。

　　通過MDO4000 系列，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 4中，我們調整頻譜時間的位置，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面希望的分辨率帶寬（RBW）要求

　　的時間數量。它等于窗口因數除以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。