MDO4000調(diào)制域分析應(yīng)用實例詳解
泰克最新推出的MDO4000系列混合域分析儀（圖1）自它誕生之日起，已經(jīng)獲得國內(nèi)外十多個最佳創(chuàng)新獎項。MDO4000系列混合域分析儀究竟有何與眾不同之處？它的特色在于“五機合一”：四通道500MHz/1GHz帶寬數(shù)字熒光示波器；16通道邏輯分析儀；多種總線協(xié)議分析儀；3GHz/6GHz 頻譜分析儀；大于等于1GHz帶寬的調(diào)制域分析儀。但MDO4000絕不是以上五種測試工具的簡單組合，這五種功能工作在同一時鐘、同一觸發(fā)機制下，使得MDO4000具有創(chuàng)新的時域、頻域、調(diào)制域時間相關(guān)的跨域分析功能。另外，高性能寬帶調(diào)制域分析也是MDO4000的一大特色。
MDO4000系列混合域分析儀的以上特色，針對不同的應(yīng)用可以解決不同的問題。本文重點闡述MDO4000在工業(yè)控制領(lǐng)域(如汽車電子、無線抄表、醫(yī)療電子、安防)和RFID中的應(yīng)用。盡管本文是著重介紹MDO4000在以上應(yīng)用中的調(diào)制域分析，但需時刻牢記MDO4000本質(zhì)的特色——跨域分析，即MDO4000在進行調(diào)制域分析的同時可以進行跨域分析，解決傳統(tǒng)手段難以發(fā)現(xiàn)的問題。
調(diào)制域分析簡介
從信號分析的理論可知，任何信號都可以從時域與頻域兩方面進行分析，連接時域與頻域的紐帶是傅里葉變換。有了時域與頻域分析，能否分析出某個信號的全部參數(shù)？并不盡然！因為我們今天遇到的信號，極少是簡單的基帶信號，通常都是帶有一定調(diào)制的射頻信號。對簡單的模擬調(diào)制信號如調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及相應(yīng)的ASK、FSK等簡單的數(shù)字調(diào)制信號，用示波器（圖2-1）或頻譜儀（圖2-2）就可以分析其與調(diào)制有關(guān)的參數(shù)。然而當今射頻信號往往是復雜的數(shù)字調(diào)制信號，如GSM、CDMA、3G、4G信號，或頻率、幅度、相位在寬頻帶內(nèi)快速變化的信號，如跳頻信號、雷達信號、超寬帶通信信號等，還有許多近場通信（NFC）信號，如RFID、ZigBee等。對這些信號，僅從時域和頻域上進行分析是遠遠不夠的，必須在調(diào)制域進行分析，才能得到信號的全貌。
簡單信號的調(diào)制域分析可以通過射頻信號的幅度、頻率或相位隨時間變化的曲線進行分析（圖2-3），而復雜的數(shù)字調(diào)制信號的調(diào)制域分析又稱矢量信號分析，這種分析利用I、Q星座圖，對復雜數(shù)字調(diào)制信號的調(diào)制域參數(shù)進行測試。矢量信號分析可以通過軟件完成，即矢量信號分析儀的界面都可以脫機運行，因此用示波器或頻譜儀對信號進行采集，然后用矢量信號分析軟件進行分析，是一種低成本、行之有效的方法。
泰克公司創(chuàng)新的MDO4000混合域分析儀整合了示波器和頻譜儀的硬件，特別是其頻譜儀的硬件，高速采集射頻信號后進行FFT頻譜分析，其射頻前端兼顧了頻譜儀或矢量信號分析儀的高指標，又具備示波器的大帶寬，同時具有優(yōu)異的性價比，是矢量信號分析儀的最佳補充。MDO4000 的動態(tài)范圍達60dB以上，大大高于示波器，其采集帶寬大于1GHz，在某些條件下，可以達3GHz，射頻信號存儲深度達79毫秒，與泰克RSAVu或SignalVu矢量信號分析軟件配合，可以滿足6GHz以下多種矢量信號分析需求。
RSAVu矢量信號分析軟件
泰克 RSAVu 矢量信號分析軟件可以在PC上離線分析泰克MDO4000混合域分析儀及泰克實時頻譜分析儀( R T S A ) 捕獲的數(shù)據(jù)，該軟件為用戶提供了泰克RSA3000系列實時頻譜分析儀完全相同的分析功能。 該軟件還支持遠程接口，可以在自動測試環(huán)境中執(zhí)行數(shù)據(jù)分析。用戶可以以編程方式加載MDO或RSA數(shù)據(jù)文件，提取解調(diào)參數(shù)，最大限度地減少一致性測試和應(yīng)力測試所需的時間。
泰克 RSAVu 矢量信號分析軟件支持全部商用標準，包括模擬解調(diào)分析、通用數(shù)字調(diào)制分析、相噪測試、W-CDMA、HSUPA、HSDPA、GSM/EDGE、CDMA2000 1x、CDMA2000 1xEV-DO、RFID、IEEE 802.11 a/b/g/n WLAN、IEEE 802.15.4 OQPSK (Zigbee)、P25 (C4FM 信號分析)。
特別需要指出的是，泰克公司RSA3000實時頻譜分析儀是國內(nèi)全部RFID認證實驗室必配的RFID信號符合性測試的標準測試儀器，因此 RSAVu 矢量信號分析軟件可以滿足目前全部RFID標準的符合性測試需求。由于泰克RSA3000實時頻譜分析儀已經(jīng)停產(chǎn)， MDO4000 + RSAVu是RSA3000的最佳替代產(chǎn)品。
SignalVu-PC 矢量信號分析軟件
泰克 SignalVu-PC 矢量信號分析軟件可以在PC上離線分析泰克MDO4000混合域分析儀及泰克實時頻譜分析儀( R T S A )以及其它泰克示波器所捕獲的數(shù)據(jù)，該軟件為用戶提供了泰克RSA5000和RSA6000系列實時頻譜分析儀完全相同的分析功能。與RSAVu相比，泰克 SignalVu-PC 矢量信號分析軟件界面更加友好，分析功能更為強大。
泰克 SignalVu-PC 矢量信號分析軟件，具有雷達信號自動分析功能，可以通過簡單的設(shè)置，把27個雷達脈沖參數(shù)自動測量出來，這些測試項目包含了雷達測量里面所有的通用測試項目,有頻域的，時域的，還有調(diào)制域的，同時里面還有許多是已往測量儀器和測試手段無法進行測量的項目，如脈沖到脈沖的相位，脈沖到脈沖的頻率，頻率偏差，頻率誤差，相位偏差，相位誤差等。尤其是相位信息的測量，因為相位信息在雷達信號分析中的低位是非常重要的。
MDO4000 調(diào)制域分析應(yīng)用案例
1.簡單調(diào)制信號分析
簡單調(diào)制信號主要包括ASK、FSK、PSK等簡單的數(shù)字調(diào)制信號，它們在汽車電子、醫(yī)療電子、安防、無線抄表領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。簡單數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的調(diào)測，重點在基帶電路，示波器將是主要的測試儀器，但根據(jù)測試規(guī)范，頻譜指標也必須測試，調(diào)制特性也是需要考慮的因素。
MDO4000集示波器、頻譜儀功能于一身，非常適于這類應(yīng)用。MDO4000本身具有射頻信號對時間光跡的功能，可以顯示射頻信號的幅度/頻率/相位隨時間變化的規(guī)律，對ASK、FSK、PSK信號，可以直觀地將波形顯示出來，利用示波器內(nèi)置的多種測試功能，可以測量上述信號的幅度、周期、占空比、上升/下降沿等參數(shù)。
我們首先看一個汽車遙控鑰匙的頻譜與ASK調(diào)制波形實例（圖5-1-1）。在幅度隨時間變化的調(diào)制域波形中，我們可以清晰地看到導碼與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。在做ASK信號分析時，MDO4000的跨域分析特性也極具優(yōu)勢，圖5-1-2示意出ASK信號的基帶、時鐘、射頻調(diào)制波形與頻譜之間的關(guān)系。
圖5-1-3和圖5-1-4示意出遙控玩具車的控制信號，由于遙控玩具的射頻發(fā)射功率較低，對遙控信號的頻域和時域指標要求不高，但ASK的控制碼不能出錯，否則將無法實現(xiàn)遙控。圖5-1-3中第二個脈沖為窄脈沖，當遙控桿向上扳時，第二個脈沖變?yōu)閳D5-1-4的寬脈沖，MDO在測試遙控信號頻譜的同時，驗證了遙控碼的正確。
接下來我們看幾個FSK的實例，F(xiàn)SK調(diào)制比ASK的應(yīng)用更為廣泛，因為這種調(diào)制更不易受外界干擾的影響，因此在汽車胎壓監(jiān)測、安防、無線抄表及心臟起搏器等對抗干擾要求更高的場合得到廣泛應(yīng)用。
圖5-1-5為胎壓監(jiān)測實例，圖中下半部分為FSK頻譜顯示，上半部分橙色曲線為射頻信號頻率隨時間變化的曲線，該曲線可以清晰地顯現(xiàn)FSK的數(shù)字碼。為了充分發(fā)揮MDO的跨域分析功能，在測試時將電壓（黃色曲線）和電流（綠色曲線）信號接入到示波器通道，可以發(fā)現(xiàn)，在射頻信號發(fā)出時，電壓信號的紋波陡然增大。
圖5-1-6~圖5-1-8為無線抄表測試實例，同樣在測試射頻信號的頻譜的同時，測試了FSK 碼流變化的情況。圖中黃色曲線仍然是電壓信號，藍色曲線為電流信號，電壓紋波在FSK發(fā)射時依然陡增。除了電壓電流信號，我們還接入了SPI總線控制信號，可以發(fā)現(xiàn)，該FSK碼流是在SPI總線的控制下發(fā)射與中斷的。在驗證射頻指標和FSK碼流的同時，我們還能發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)潛在的問題。在圖5-1-7中，頻譜分析時間框設(shè)定在FSK發(fā)射的中間部分，頻譜底噪正常，但當頻譜分析時間框設(shè)定在FSK剛剛中斷發(fā)射時，從頻譜上可以看出底噪抬升了30dB。
2.RFID 標準符合性測試
RFID (射頻識別)是一種低功耗的短程無線通信技術(shù)。RFID系統(tǒng)的組成一般至少包括兩個部分：電子標簽 (Tag)和讀寫器(Reader/Writer或Interrogator)。電子標簽中一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，在實際應(yīng)用中，電子標簽附著在待識別物體的表面。讀寫器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別物體的目的。進一步通過計算機及計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。
RFID 使用的頻率從低頻到微波，各頻段有各自的應(yīng)用領(lǐng)域。表5-2-1和表5-2-2給出了RFID的使用頻段及應(yīng)用領(lǐng)域。
國際標準化組織針對不同頻段的RFID制定了繁多的標準RFID讀卡器、標簽的設(shè)計及測試，都要以相應(yīng)的標準為依據(jù)。RFID 標簽的測試以物理性能測試及網(wǎng)絡(luò)性能測試為主，不在我們討論的范圍，而RFID讀卡器的調(diào)測及標準符合性測試，則是我們討論的重點。
RFID讀卡器是高度集成的嵌入式射頻系統(tǒng)，MDO的跨域分析功能，能夠更好地體現(xiàn)控制信號與射頻信號間的時序關(guān)系，在RFID讀卡器調(diào)測中非常有用。圖5-2-1為RFID讀卡器調(diào)測實例，圖中下半部分為RFID信號頻譜，上半部分中，黃色信號為讀時鐘，藍色信號為發(fā)射控制，低電平時讀卡器射頻發(fā)射，發(fā)射的數(shù)據(jù)也通過該信號疊加上去。上半部分中的橙色信號為射頻信號的幅度隨時間的變化曲線，通過該曲線，我們很可以輕松地看到讀卡器與標簽信號間的握手過程，以及這些過程與相應(yīng)的控制信號之間的關(guān)系。
將圖5-1-1中的射頻信號存儲為TIQ格式的原始IQ數(shù)據(jù)后，就可以利用RSAVu矢量信號分析軟件調(diào)用，然后對該RFID信號進行標準符合性測試（圖5-2-2）。所謂標準符合性測試，是按照相應(yīng)的標準對RFID讀卡器或系統(tǒng)進行符合性驗證。由于RFID信號是突發(fā)的微功率信號，傳統(tǒng)的頻譜儀或矢量信號分析儀都必須將信號采集下來后再進行分析，MDO4000 + RSAVu是很好的解決方案。
圖5-2-3示意出RFID標準符合性測試的內(nèi)容，圖5-2-4為相應(yīng)的RFID信號的功率隨時間變化的波形圖。在這兩個圖中，分別標有綠色、藍色和灰色的框，代表時域、調(diào)制域和頻域的測試項目，MDO4000本身就包含示波器、頻譜儀和調(diào)制域分析的功能，非常適合進行RFID標準符合性測試。利用RSAVu矢量信號分析軟件對MDO采集的RFID射頻信號進行分析，可以測試圖5-2-3中全部指標，RSAVu也支持全部RFID標準，并且支持用戶自定義的標準。
本文小結(jié)
將MDO4000混合域分析儀的寬帶調(diào)制域分析與跨域分析功能配合使用，可以解決傳統(tǒng)測試手段不能解決的問題。MDO與泰克RSAVu或SignalVu矢量信號分析軟件協(xié)同工作，可以滿足寬帶高性能矢量信號分析的要求。
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