示波器在物聯網中的應用

隨著現代傳感器技術和無線通信技術的發(fā)展，物聯網已經開始進入人們的日常生活。以RFID、ZigBee技術和NFC近場通信等技術為代表的物聯網應用，正在成為眾多企業(yè)、高校研發(fā)和創(chuàng)新的方向。其中一個最重要的因素是如何測量系統(tǒng)中時間相關的時域和頻域信號。

物聯網行業(yè)的發(fā)展趨勢與設計挑戰(zhàn)隨著現代傳感器技術和無線通信技術的發(fā)展，物聯網已經開始進入人們的日常生活。以RFID、ZigBee技術和NFC近場通信等技術為代表的物聯網應用，正在成為眾多企業(yè)、高校研發(fā)和創(chuàng)新的方向。雖然針對這些技術，半導體廠商提供了各種專用芯片，甚至是集成度很高的解決方案，但在設計一個實際的物聯網設備時，工程師仍然面臨著很多挑戰(zhàn)。其中一個最重要的因素是如何測量系統(tǒng)中時間相關的時域和頻域信號。RFID和ZigBee技術中應用到的RF信號雖然不是十分復雜，但信號的質量、功率和時序關系決定著系統(tǒng)能否正常工作。而這些RF參數本身不僅和射頻發(fā)射/接收電路有關，還受到基帶電路和控制電路的影響。內部寄存器的讀寫、電源的工況甚至是系統(tǒng)延遲時間的大小，都會決定整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)。傳統(tǒng)的示波器或頻譜分析儀是無法完成這種時間相關的時域和頻域信號綜合調試工作的。

MDO混合域示波器的創(chuàng)新設計理念泰克MDO4000系列混合域示波器獨特的創(chuàng)新理念，為調試跨域的時頻相關的系統(tǒng)提供了獨一無二的工具。MDO4000在一臺全功能的混合信號示波器的基礎上，增加了一臺3GHz或6GHz的頻譜分析儀，可以完成普通頻譜分析儀的各種頻域測量功能。完全獨立的示波器時域采集系統(tǒng)和頻譜分析儀頻域采集系統(tǒng)，既可以獨立工作，也可以通過觸發(fā)協同工作。通過移動頻譜時間，用戶可以在示波器采集到的時間窗口內，觀測在射頻通道采集到的任何一點的RF信號的頻譜情況。MDO還提供了RF信號的幅度、頻率和相位相對于時間變化的調制域分析功能。這些獨有的功能幫助用戶測量RF信號的各種調制信息。使用頻譜分析儀的工程師經常面臨的一個問題是如何準確地觸發(fā)并捕獲到關心的RF信號。由于傳統(tǒng)的頻譜分析儀觸發(fā)功能很有限，用戶很難做到這一點。MDO4000不但可以通過RF信號的各種特征進行觸發(fā)，還可以使用示波器的觸發(fā)系統(tǒng)，通過基帶或控制信號完成RF信號的觸發(fā)采集，這種功能極大地降低了調制物聯網設備的難度。

圖1.MDO4000結構框圖

圖2.通過IQ解調后的數據，MDO4000可以計算得到RF信號的調制域波形

在調試RFID系統(tǒng)時，工程師面臨的一個重要的困難是如何測量標簽的返回信號。由于標簽返回信號的幅度很小，使用普通的示波器往往難以捕獲這一信號，更不要說對其幅度和頻率做進一步分析了。主要原因是普通示波器的動態(tài)范圍只有4 0 d B，無法捕獲微弱的標簽信號。MDO4000具有60dB的動態(tài)范圍，以及低至-152dB/Hz的底噪，能夠很好地勝任同時捕獲讀寫器信號和標簽信號的任務。其獨特的AvsT射頻信號幅度的時域波形功能，甚至可以顯示標簽信號幅度變化過程。下面我們以一個13.56MHz的RFID讀寫器系統(tǒng)為例，介紹MDO4000的跨域調試應用。（關于MDO4000在ZigBee系統(tǒng)中的應用，另有專門文章介紹）。

在RIFD系統(tǒng)研發(fā)中MDO混合域示波器的應用

圖3. MDO4000RFID讀寫器測試環(huán)境，圖中有專用天線工裝

圖4.采用NXP CLRC632芯片的RFID讀寫器

測試13.56MHzRFID讀寫器的RF信號質量參數

13.56MHz高頻RFID系統(tǒng)是目前國內應用最為廣泛，技術較為成熟的射頻識別系統(tǒng)。相關的國際標準對射頻發(fā)射頻率、信道帶寬、發(fā)射功率等參數都有明確的要求，特別是RF信號的幅度（功率）隨時間變化的情況，標準有著嚴格的規(guī)定。以讀寫設備為例，讀寫設備發(fā)出的載波信號的幅度變化時間，必須符合ISO18000-3標準對于t1-t4的時間限制。

圖5. ISO18000-3 13.56MHz RFID空中接口時間參數規(guī)范a

通過使用MDO4000獨特的觸發(fā)功能，用戶可以輕松穩(wěn)定捕獲RFID的時域和頻域信號。如圖所示，由于載波信號幅度在變化，使用傳統(tǒng)手段很難測量出RF信號從90%下降到5%的T1的時間長度。我們可以打開AvsT調制曲線，它代表了RF信號的幅度相對于時間變化的軌跡。通過自動測量或手動光標測量，我們可以輕松得到T1的準確時間。同理可以完成其他時間參數的測試。

圖6. 13.56MHzRFID PCD到PICC信號的時域和AvsT調制域波形

圖7.測量13.56MHz RFID PCD到PICC t4時間