引言

在把RF技術(shù)整合到設(shè)計中時，嵌入式設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)有許多新問題需要解決：(系統(tǒng)中的藍牙芯片是否以預期方式發(fā)送)？802.11芯片組在運行過程中是否正確編程？怎樣追蹤發(fā)射機與接收機之間的交互過程？

在這些問題上，混合信號示波器(MSO)顯得力不從心，因為它只適合處理模擬信號和數(shù)字信號，而不能高效測量RF信號。另一方面，頻譜分析儀很難整合到處理系統(tǒng)級問題的測量環(huán)境中，因為在這種環(huán)境下，與系統(tǒng)其它部分-的時間相關(guān)性非常重要。設(shè)計人員正努力在這種環(huán)境中設(shè)計、調(diào)試和檢驗系統(tǒng)。

泰克MDO4000系列混合域示波器是一種內(nèi)置頻譜分析儀的革命性示波器，它不僅僅是一種新的示波器，而且變革了您的測試方式。它捕獲時間相關(guān)的模擬信號、數(shù)字信號和RF信號，系統(tǒng)級全面了解被測器件的特點，一目了然地同時觀測時域信息和頻域信息。可以觀察任意時間點上的射頻(RF)頻譜，及其變化過程。這樣一臺高度集成的示波器，可以幫助您迅速高效地解決最復雜的設(shè)計問題。

2.4GHz ISM頻段

2.4GHz ISM無線頻段在國際上被專門分給工業(yè)、科學和醫(yī)療中的射頻(RF)信號使用，而不是用于通信目的。這些頻段中的應(yīng)用包括射頻加熱處理、微波爐和醫(yī)用熱療機等。

盡管最初分配目的不同，但近年來，短距離、低功耗通信系統(tǒng)在這些頻道的應(yīng)用正在飛速增長。無繩電話、藍牙設(shè)備、NFC設(shè)備和無線計算機網(wǎng)絡(luò)都使用ISM頻段。

在2.4GHz-2.5GHz范圍內(nèi)，最典型的無線技術(shù)是WLAN802.11a/b/g/n和藍牙。WLAN信號是一種突發(fā)脈沖信號，通常會占用最高20MHz-40MHz的帶寬。藍牙采用稱為跳頻的無線技術(shù)，在79條通道上跳頻(每條通道1MHz；中心頻率為2402-2480MHz)。信號的瞬態(tài)特點使得傳統(tǒng)頻譜分析儀很難看到或測量這些信號。通過提供超寬帶寬，MDO4000可以高效捕獲WLAN突發(fā)信號及整個藍牙跳頻頻段。

圖1.2.4GHzISM頻段上的WLAN和藍牙信號。

在MDO4000上捕獲WLAN信號捕獲WLAN信號設(shè)置起來非常簡單。如圖2所示，把一個垂直放置的RF天線連接到MDO4000的射頻輸入端。為整體了解2.4GHz上的信號，我們在MDO4000上打開“RF spectrum”(RF頻譜)，把Center Frequency(中心頻率)設(shè)置成2.42GHz，把捕獲帶寬設(shè)置成100MHz。如果想以預置的信號功率條件來捕獲突發(fā)脈沖信號，“The RF Power Trigger”(射頻功率觸發(fā))是一種非常有用的功能。它在3GHz帶寬范圍內(nèi)有效。在WLAN信號出現(xiàn)后，調(diào)節(jié)Center Frequency(中心頻率)，將WLAN信號移到頻譜視圖的中心。為限制MDO4000上的信號，我們可以把頻寬減小到40MHz，然后打開“The RF Power Trigger”(射頻功率觸發(fā))，觸發(fā)WLAN脈沖。

圖2.MDO4000無線信號測試的設(shè)置。

時間相關(guān)

時間相關(guān)是MDO4000的主要優(yōu)勢之一。

通過MDO4000上的“RF vs Time Traces”(RF對時間曲線)，設(shè)計工程師能夠看到在一段長時間采集的數(shù)據(jù)內(nèi)部任意時點上的信號的RF頻譜，了解頻譜怎樣隨時間變化。共提供了三種曲線：Amplitude vs Time(幅度對時間)、Frequency vs Time(頻率對時間)和Phase vs Time(相位對時間)。

打開“Amplitude vs Time”(幅度對時間)曲線，我們可以觀察WLAN信號幅度怎樣隨時間變化。

時域畫面底部的橙色條稱為“Spectrum Time”(頻譜分析時間窗)。通過在整個時域界面中移動“Spectrum Time”(頻譜分析時間窗)，用戶可以直觀地看到采集數(shù)據(jù)中任意點上的RF頻譜。

例如，在圖3中，“Amplitude vs Time”(幅度對時間)曲線顯示先后捕獲了兩個WLAN數(shù)據(jù)包(脈沖)。“Spectrum Time”(頻譜時間)位于第一個WLAN數(shù)據(jù)包下面，因此頻域顯示了第一個WLAN數(shù)據(jù)包的RF頻譜。

圖3.第一個WLAN數(shù)據(jù)包的頻譜。 

圖4.弱WLAN信號的頻譜。

在圖4中，在“Spectrum Time”(頻譜時間)移到左面和低幅度信號(在時域畫面上)下面時，頻域畫面現(xiàn)在顯示了另一個WLAN信號的對應(yīng)頻譜，第二個WLAN信號要弱得多。用戶可以使用縮放功能，更仔細地查看這個WLAN數(shù)據(jù)包，如圖5所示。通過縮放功能，WLAN數(shù)據(jù)和“Spectrum Time”(頻譜分析時間窗)已經(jīng)被放大，可以清楚地識別WLAN幀頭(平滑部分)和有效數(shù)據(jù)。

 
圖5.放大后的WLAN數(shù)據(jù)包。

時間相關(guān)不僅可用于“RF vs. Time traces”(RF對時間曲線)的分析，還適用于模擬信號/數(shù)字信號與RF信號的同步顯示，這是MDO4000上最獨特、最強大的功能之一。

自動頻域測量

MDO4000在頻域中提供了三種自動測量功能：Channel Power(信道功率)、Occupied Bandwidth(占用帶寬)和Adjacent Channel Power Ratio(鄰道功率比)。

“Channel Power”(信道功率)測量由“Channel Width”(信道寬度)確定的帶寬內(nèi)部信號的總功率。“Channel Width”(信道寬度)用畫面中沒有陰影的部分表示。在這一測量激活時，儀器的帶寬自動設(shè)置成比“Channel Width”(信道寬度)寬10%，檢波方式設(shè)置成平均。

“Occupied Bandwidth”(占用帶寬)測量在“Analysis Bandwidth”(分析帶寬)內(nèi)部指定功率百分比的帶寬。  

圖6.MDO4000上的Channel Power(信道功率)測量。

圖7.MDO4000上的Occupied Bandwidth(占用帶寬)測量。 

把數(shù)據(jù)導出到RSAVu，進一步進行分析

MDO4000是一種入門級頻譜分析儀，沒有內(nèi)置數(shù)字解調(diào)功能。但是，MDO4000不僅允許用戶導出屏幕截圖，還可以導出捕獲的完整數(shù)據(jù)。用戶只需使用USB外部存儲設(shè)備，以TIQ格式(.TIQ)保存和存儲數(shù)據(jù)，然后把文件從MDO4000傳送到外部PC上，就可以使用RSAVu軟件離線分析信號。

RSAVu 軟件可以離線分析泰克實時頻譜分析儀(RTSA)和示波器捕獲的數(shù)據(jù)。該軟件為用戶提供了包含在RSA3408B 軟件選項套件中相同的解調(diào)和分析功能，從無線標準(如WLAN 802.11a/b/g/n、GSM、WCDMA、等等)直到最新的RFID格式和脈沖式信號分析。設(shè)計工程師可以使用RSAVu軟件來分析信號，而不必連接相應(yīng)的采集硬件。

圖8 - RSAVu 軟前面板可以簡便地離線訪問進行設(shè)置和控制。

 RSAVu WLAN 解決方案
 
RSAVu WLAN 解決方案(選項29)支持最流行的802.11 a/b/g 標準，甚至支持11n 標準，覆蓋了十幾種測量，如Constellation(星座圖)、EVM vs. Time(EVM 對時間)、Power vs Time(功率對時間)、EVM vs SubChannel(EVM 對子信道)、Power vs SubChannel(功率對子信道)、SC 星座圖、Frequency Error(頻率誤差)、OFDM 平坦度、Symbol Table(符號表)、Spectrum Mask(頻譜模板)、Transmit Power(發(fā)送功率)。

RSAVu WLAN 選項還能夠自動檢測CCK 或ODFM 調(diào)制格式和速率。這對WLAN 設(shè)備的測試非常方便，并且在許多綜合設(shè)備的測試至關(guān)重要，因為這些綜合設(shè)備經(jīng)常會遇到復雜的干擾，這就需要在混合模式操作下來診斷。

自動檢測功能允許工程師放大及自動分析每個脈沖信號，使用RSAVu 選擇相應(yīng)的格式和數(shù)據(jù)速率。用戶只需把RSAVu 設(shè)置成自動檢測，然后把標記放在關(guān)心的脈沖上，RSAVu 會完成余下的工作。

我們使用RSAVu分析上面捕獲的兩個WLAN數(shù)據(jù)包。圖9演示了RSAVu怎樣在多個域中分析第一個WLAN 數(shù)據(jù)包：時域、頻域和解調(diào)域。可以使用標記把這三個域中的顯示界面關(guān)聯(lián)起來。

RSAVu 自動檢測第一個WLAN 數(shù)據(jù)包，使用OFDM (64QAM)調(diào)制方式實現(xiàn)54Mbps 的吞吐量。整個數(shù)據(jù)包的EVM 是2.97%。時域波形中的標記可以與星座圖上的標記實現(xiàn)時間相關(guān)。

 
圖9- 使用RSAVu 分析第一個WLAN 數(shù)據(jù)包，調(diào)制方式：OFDM (64QAM)

圖10 顯示了第二個WLAN 數(shù)據(jù)包上的測量。RSAVu 成功地檢測這個數(shù)據(jù)包使用不同的調(diào)制方式OFDM (16QAM)來實現(xiàn)24Mbps吞吐量。與第一個數(shù)據(jù)包相比，它實現(xiàn)了更好的EVM，為2.29%。

圖10- 使用RSAVu 分析WLAN 信號，調(diào)制方案：OFDM (16QAM) 

測試GSM 信號

下面是使用MDO4000 混合域示波器進行GSM 信號測試的另一個實例。
GSM900信號可能會出現(xiàn)在900MHz頻段周圍。在圖11中，MDO4000正在捕獲一個以944MHz
中心頻率的信道傳送的GSM900 信號。帶寬約為250KHz。

圖11 - MDO4000 上的GSM900 信號頻譜和頻譜圖。

類似的，我們可以捕獲這個GSM900 信號，通過USB 存儲設(shè)備導出到外部PC，然后在RSAVu軟件上分析文件。
 RSAVu GSM/EDGE (選項24)覆蓋下述測量：Modulation Accuracy (調(diào)制精度)、Mean CarrierPower (平均載波功率)、Power vs Time(功率對時間)、Modulation Spectrum(調(diào)制頻譜)、SwitchingSpectrum(切換頻譜)和傳輸頻段中的Spurious Signals(雜散信號)。
 
圖12 顯示了在捕獲的GSM900 信號上進行的多域分析。星座圖結(jié)果告訴我們，這個信號正在使用GMSK 調(diào)制，擁有非常好的EVM，僅4.35%。

圖12- 使用RSAVu 分析GSM 信號。 

除本文中討論的WLAN和GSM外，還可以使用MD04000系列混合域示波器和RSAVu離線分析軟件，以類似的方式在其它無線標準上執(zhí)行測試。

結(jié)論

MDO4000與RSAVu相結(jié)合，在無線設(shè)計測試中提供了用途非常廣泛的解決方案。MDO4000的時間相關(guān)功能和超寬帶技術(shù)可以簡便地捕獲RF信號。RSAVu強大的離線分析功能支持多種無線標準。
與擁有所有無線選項的全性能頻譜分析儀相比，MDO4000和RSAVu組合還提供了經(jīng)濟性優(yōu)勢。

作者：Peter Chen，泰克公司