在把射频芯片或模块集成到典型的嵌入式体系中时，规划人员有必要面对的一项常见使命是追寻和消除噪声和杂散信号。潜在的噪声来历包含：开关电源、来自体系其它部分的数字噪声、以及外部噪声来历。在考虑噪声时，还应考虑射频电路发生的任何或许的搅扰，这是防止搅扰其它无线电设备及满意法规要求的一项重要考虑要素。在本运用指南中，咱们将介绍运用 MDO4000 系列混合域示波器系列查找噪声来历的技能和技巧。
图 1泰克 MDO4000 系列混合域示波器和 Microchip 射频测验电路板模块。
把射频通讯功用集成到嵌入式体系中
在嵌入式体系中添加射频功用时，在集成中一般会遇到许多问题。
对电池供电体系，一般运用开关稳压器，以最低的本钱完成最高的有用功率。电源尺度也经常是一个问题。这要求运用高开关频率，使输出滤波的规范和要求到达最小。这些电源在输出电压上一般有纹波，这些波纹或许会出现在RF发射机输出上，特别是在搞作业负荷下或在电池电量缺乏时。为防止这种状况，或许需求额定的电源滤波，以防止射频输出信号遭到影响，虽然这会导致添加本钱或尺度。
无线电芯片或模块的硬件电路和软件装备或许会影响发送的信号质量。假如设置和过滤不妥，射频输出信号或许会给其它无线电体系带来搅扰，或不能满意相应的法规规范。某些无线电体系需求信道滤波器、RF外表声波和其它本钱相对较高的滤波器，以满意信道外和带外辐射的法规要求。
图2. 被测器材(Microchip Technologies MRF89XA 868 MHz无线电)与MDO4000系列混合域示波器之间的测验衔接。
运用实例：带有开关电源、支撑无线功用的嵌入式体系
鄙人面的评论中，被测器材将运用一块灵敏的射频通讯集成电路，其现已集成到射频测验模块中，即MicrochipTechnologies MRF89XM8A。这个模块选用 MRF89XA集成电路及滤波和天线匹配。为进行演示，这个模块安装在Microchip Explorer 16电路板上，与电脑一同运用，对射频参数设置进行编程。
为演示运用开关电源对无线电供电的影响，咱们运用升压转换器集成电路Microchip MCP1640，其集成到MCP1640EV评测电路板上。这个转换器以大约500 kHz频率开关，这一频率对开关稳压器十分常见。它能够供给无线电模块所需的 3.3 V 输出电压，支撑最低 0.8 V 的输入电压。这意味着能够从一个电池单元为无线电供电，下降产品的电池尺度。
为调试这个器材，咱们运用泰克MDO4000系列混合域示波器。MDO4000 系列具有共同的功用，能够一起显现 4个模仿信号、16 个数字波形、最多 4 条解码的串行总线和 / 或并行总线及 1 个 RF 信号。一切这些信号都时刻相关，显现操控信号对模仿域和 RF 域的影响。图 2 说明晰下述测验运用的设置。
图 3. 检查时域和频域。
辨认噪声来历
咱们丈量以868 MHz为中心的射频频谱，其具有适当低的 2 kbps的 FSK调制数据速率，以供参阅。图 3 显现了参阅频谱。留意 MDO4000 系列一起显现时域视图和频域视图，一切信号都时刻相关。
画面的下半部分显现了RF信号的频域视图，在本例中是射频发射机输出，画面的上半部分是时域的传统示波器视图。频域视图中显现的频谱来自时域视图中短橙色条指明的时刻周期，称为频谱时刻(Spectrum Time)。
由于时域画面的水平量程独立于处理时域画面傅立叶改换(FFT)要求的时刻数量，表明与RF收集相关的实践时刻周期十分重要。MDO4000系列示波器的共同结构能够以时刻相关的办法分隔收集一切输入(数字信号、模仿信号和RF信号)。每个输入有独自的存储器，视时域画面的水平收集时刻，存储器中收集的 RF 信号支撑频谱时刻，并能够在模仿时刻内部移动，如图 4 所示。
图 4. 运用洁净的试验源，在数据前码多个符期间的占用功率测成果。
经过 MDO4000 系列，能够在收集数据中移动频谱时刻(Spectrum Time)，调查 RF 频谱怎样随时刻改变。在图4中，咱们调整频谱时刻的方位，显现数据包前置码多个符号期间发送的信号的频谱。
频谱时刻是支撑频谱画面期望的分辨率带宽(RBW)要求的时刻数量。它等于窗口因数除以 RBW。默许的 KaiserWindow的整形因数为2.23，在本例中，频谱时刻为2.23/220 Hz，约为 10 ms。
FSK调制一次只要一个RF信号频率，咱们对频谱运用较长的收集时刻，以丈量占用带宽和总功率。
图 5. 数据包数据期间的频谱。频率随时刻改变曲线显现了收集的频谱时刻主要以较低频率 Tx ON 时刻为主。
为简洁地看到无线电中的数据包传输，咱们在MDO4000系列的时域视图中添加了RF随时刻改变曲线。标有“A”的橙色曲线显现了瞬时 RF 的起伏随时刻的改变。标有“f”的橙色曲线显现了相对于中心频率的瞬时RF信号的频率随时刻改变。
绿色波形(通道4)显现了输入到射频模块的电流。能够看到，电流从数据包之间挨近0上升到传输期间大约40 mA。黄色波形(通道 1)显现了模块电源电压上的 AC 纹波。留意在传输期间只要很小的电压暂降。
图 5 显现了在数据包数据部分取得的同一信号。留意大多数能量坐落较低的频率上。图 4 和图 5 都是在运用洁净的试验室电源供电的模块中取得的。
图 6. 开关电源的频谱和电源丈量成果。
图6显现了相同的RF信号，但运用升压型开关电源为射频模块供电。升压稳压器因发生噪声而臭名远扬，但它答应运用一个或两个碱性或镍镉电池及相对较少的器材，下降了本钱。留意被调制信号底部的噪声进步。在发送的信号邻近，噪声至少要比洁净的电源高 5 dB。噪声现已明晰地显现在电流波形和电压波形中。额定的噪声还会令从发射机到接纳机上的信号信噪比变差，下降射频体系的有用作业规模。
图 7. 到等效载荷的电源开关噪声。
能够运用商用 EMI 电流探头丈量来自电源的噪声，电流探头用来调查来自图7中开关设备的噪声。在本例中，开关设备由电阻器和小型%&&&&&%器做模仿负载。
MDO4000系列的主动符号功用用来显现电源宣布的最显着的七个信号的频率和起伏。MDO4000系列能够供给最多11个主动符号，用绝对值显现成果，或作为相对值显现参阅最大信号的成果。最高值一向表明为赤色参阅(Red Reference)符号。留意基波频率和二次谐波的电平大体相同，约为 30 dBuA。屏幕的上半部分显现了MCP1640 %&&&&&% 开关晶体管上的波形。咱们运用丈量功用显现开关电源的开关频率为508 KHz左右，承认与RF频谱中的基波频率共同。
图 8. 运用升压转换器的电源和电路板噪声。
在电源驱动RF电路板时，噪声功率的时域画面和频域画面改变。图 8 显现了相同的电源噪声及额定的信号。留意二次谐波下降，但有许多其它低电平噪声。部分噪声或许会给接纳机的运转带来很大搅扰，需求仔细评价。数字电路板或许会发生噪声，如图9所示。能够运用一只单端探头，查找噪声来历、起伏和频率。MDO4000系列能够以优异的捕获带宽，在一个收会集掩盖多个频率。
图 9. 在运用升压转换器时来自数字电路板的宽频谱噪声。
更高 RF 频率上额定的宽频谱噪声图 9 显现了 220 MHz 规模内显着的噪声。主动符号显现868 MHz 发送信号及不想要的信号的最高电电平。咱们运用手动符号丈量最高电平噪声的频率规模。手动符号中显现的丈量数据还包含关怀的信号的噪声密度。了解这类噪声功率或许会十分重要，由于视接纳机结构，接纳机灵敏度或许遭到各种频率上的噪声影响。
图 10. 基波信号周围的信道外频谱。
射频电路发生的噪声
在嵌入式体系中添加射频电路时还有一个潜在问题，即射频模块生成噪声，会搅扰体系的其它部分，或不能满意无线电办理法规的规则。MDO4000系列供给的丈量，如占用带宽和总发送功率，还有助于评价是否满意法规要求。
图10显现了想要的信号的频谱以及相邻频率中的杂散信号传输。它显现了基波频率任一侧 500 kHz 左右的部分杂散信号，但它们比基波频率低约 40 dB，全体上是能够承受的。这个图还显现测得的信号功率为1.4 dBm，占用带宽为 94.5 kHz，落在能够承受的 100 kHz 典型带宽规模内。
图 11. 二次谐波上的频谱。
图11显现了用与图10基波信号相同办法丈量二次谐波。留意二次谐波上的功率电平较根底谐波稍微下降了不到 40 dB，占用带宽是基波信号谐波频谱带宽的两倍。
图 12. 三次谐波上的频谱。
图12显现了三次谐波，其一般是射频体系中最费事的部分。可是，在这个频率上，信号的噪声功率相对于载波十分低(~ -60dBc)。
图 13. 六次谐波的频谱。符号峰值显现信号低于 -80 dBm。
MDO4000系列能够在这一频段中进行直到六次谐波的丈量。在这一频率中，这一射频信号几乎没有显着辐射，低于 -80 dBm (留意两个符号上的值)。
小结
在嵌入式体系中包含无线通讯技能时，要调查许多关键问题，包含电源开关噪声的影响、正确设置射频%&&&&&%的作业参数、确保发射输出满意相应的无线电法规。泰克 MDO4000 混合域示波器系列能够确诊和测验电源和其它噪声影响。它能够承认正确设置发送到无线电的数据指令，并能够检查来自发射机和其它电路的杂散辐射。它能够用来丈量高达 6 GHz 的 RF 信号，别的还能够经过时刻相关的收集，检查来自开关电源和数字电路的低频噪声。
