MDO4000调制域分析应用实例详解
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泰克最新推出的MDO4000系列混合域分析仪（图1）自它诞生之日起，已经获得国内外十多个最佳创新奖项。MDO4000系列混合域分析仪究竟有何与众不同之处？它的特色在于“五机合一”：四通道500MHz/1GHz带宽数字荧光示波器；16通道逻辑分析仪；多种总线协议分析仪；3GHz/6GHz 频谱分析仪；大于等于1GHz带宽的调制域分析仪。但MDO4000绝不是以上五种测试工具的简单组合，这五种功能工作在同一时钟、同一触发机制下，使得MDO4000具有创新的时域、频域、调制域时间相关的跨域分析功能。另外，高性能宽带调制域分析也是MDO4000的一大特色。
MDO4000系列混合域分析仪的以上特色，针对不同的应用可以解决不同的问题。本文重点阐述MDO4000在工业控制领域(如汽车电子、无线抄表、医疗电子、安防)和RFID中的应用。尽管本文是着重介绍MDO4000在以上应用中的调制域分析，但需时刻牢记MDO4000本质的特色——跨域分析，即MDO4000在进行调制域分析的同时可以进行跨域分析，解决传统手段难以发现的问题。
调制域分析简介
从信号分析的理论可知，任何信号都可以从时域与频域两方面进行分析，连接时域与频域的纽带是傅里叶变换。有了时域与频域分析，能否分析出某个信号的全部参数？并不尽然！因为我们今天遇到的信号，极少是简单的基带信号，通常都是带有一定调制的射频信号。对简单的模拟调制信号如调幅、调频、调相以及相应的ASK、FSK等简单的数字调制信号，用示波器（图2-1）或频谱仪（图2-2）就可以分析其与调制有关的参数。然而当今射频信号往往是复杂的数字调制信号，如GSM、CDMA、3G、4G信号，或频率、幅度、相位在宽频带内快速变化的信号，如跳频信号、雷达信号、超宽带通信信号等，还有许多近场通信（NFC）信号，如RFID、ZigBee等。对这些信号，仅从时域和频域上进行分析是远远不够的，必须在调制域进行分析，才能得到信号的全貌。
简单信号的调制域分析可以通过射频信号的幅度、频率或相位随时间变化的曲线进行分析（图2-3），而复杂的数字调制信号的调制域分析又称矢量信号分析，这种分析利用I、Q星座图，对复杂数字调制信号的调制域参数进行测试。矢量信号分析可以通过软件完成，即矢量信号分析仪的界面都可以脱机运行，因此用示波器或频谱仪对信号进行采集，然后用矢量信号分析软件进行分析，是一种低成本、行之有效的方法。
泰克公司创新的MDO4000混合域分析仪整合了示波器和频谱仪的硬件，特别是其频谱仪的硬件，高速采集射频信号后进行FFT频谱分析，其射频前端兼顾了频谱仪或矢量信号分析仪的高指标，又具备示波器的大带宽，同时具有优异的性价比，是矢量信号分析仪的最佳补充。MDO4000 的动态范围达60dB以上，大大高于示波器，其采集带宽大于1GHz，在某些条件下，可以达3GHz，射频信号存储深度达79毫秒，与泰克RSAVu或SignalVu矢量信号分析软件配合，可以满足6GHz以下多种矢量信号分析需求。
RSAVu矢量信号分析软件
泰克 RSAVu 矢量信号分析软件可以在PC上离线分析泰克MDO4000混合域分析仪及泰克实时频谱分析仪( R T S A ) 捕获的数据，该软件为用户提供了泰克RSA3000系列实时频谱分析仪完全相同的分析功能。 该软件还支持远程接口，可以在自动测试环境中执行数据分析。用户可以以编程方式加载MDO或RSA数据文件，提取解调参数，最大限度地减少一致性测试和应力测试所需的时间。
泰克 RSAVu 矢量信号分析软件支持全部商用标准，包括模拟解调分析、通用数字调制分析、相噪测试、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 信号分析)。
特别需要指出的是，泰克公司RSA3000实时频谱分析仪是国内全部RFID认证实验室必配的RFID信号符合性测试的标准测试仪器，因此 RSAVu 矢量信号分析软件可以满足目前全部RFID标准的符合性测试需求。由于泰克RSA3000实时频谱分析仪已经停产， MDO4000 + RSAVu是RSA3000的最佳替代产品。
SignalVu-PC 矢量信号分析软件
泰克 SignalVu-PC 矢量信号分析软件可以在PC上离线分析泰克MDO4000混合域分析仪及泰克实时频谱分析仪( R T S A )以及其它泰克示波器所捕获的数据，该软件为用户提供了泰克RSA5000和RSA6000系列实时频谱分析仪完全相同的分析功能。与RSAVu相比，泰克 SignalVu-PC 矢量信号分析软件界面更加友好，分析功能更为强大。
泰克 SignalVu-PC 矢量信号分析软件，具有雷达信号自动分析功能，可以通过简单的设置，把27个雷达脉冲参数自动测量出来，这些测试项目包含了雷达测量里面所有的通用测试项目,有频域的，时域的，还有调制域的，同时里面还有许多是已往测量仪器和测试手段无法进行测量的项目，如脉冲到脉冲的相位，脉冲到脉冲的频率，频率偏差，频率误差，相位偏差，相位误差等。尤其是相位信息的测量，因为相位信息在雷达信号分析中的低位是非常重要的。
MDO4000 调制域分析应用案例
1.简单调制信号分析
简单调制信号主要包括ASK、FSK、PSK等简单的数字调制信号，它们在汽车电子、医疗电子、安防、无线抄表领域得到广泛应用。简单数字调制系统的调测，重点在基带电路，示波器将是主要的测试仪器，但根据测试规范，频谱指标也必须测试，调制特性也是需要考虑的因素。
MDO4000集示波器、频谱仪功能于一身，非常适于这类应用。MDO4000本身具有射频信号对时间光迹的功能，可以显示射频信号的幅度/频率/相位随时间变化的规律，对ASK、FSK、PSK信号，可以直观地将波形显示出来，利用示波器内置的多种测试功能，可以测量上述信号的幅度、周期、占空比、上升/下降沿等参数。
我们首先看一个汽车遥控钥匙的频谱与ASK调制波形实例（图5-1-1）。在幅度随时间变化的调制域波形中，我们可以清晰地看到导码与数据之间的关系。在做ASK信号分析时，MDO4000的跨域分析特性也极具优势，图5-1-2示意出ASK信号的基带、时钟、射频调制波形与频谱之间的关系。
图5-1-3和图5-1-4示意出遥控玩具车的控制信号，由于遥控玩具的射频发射功率较低，对遥控信号的频域和时域指标要求不高，但ASK的控制码不能出错，否则将无法实现遥控。图5-1-3中第二个脉冲为窄脉冲，当遥控杆向上扳时，第二个脉冲变为图5-1-4的宽脉冲，MDO在测试遥控信号频谱的同时，验证了遥控码的正确。
接下来我们看几个FSK的实例，FSK调制比ASK的应用更为广泛，因为这种调制更不易受外界干扰的影响，因此在汽车胎压监测、安防、无线抄表及心脏起搏器等对抗干扰要求更高的场合得到广泛应用。
图5-1-5为胎压监测实例，图中下半部分为FSK频谱显示，上半部分橙色曲线为射频信号频率随时间变化的曲线，该曲线可以清晰地显现FSK的数字码。为了充分发挥MDO的跨域分析功能，在测试时将电压（黄色曲线）和电流（绿色曲线）信号接入到示波器通道，可以发现，在射频信号发出时，电压信号的纹波陡然增大。
图5-1-6~图5-1-8为无线抄表测试实例，同样在测试射频信号的频谱的同时，测试了FSK 码流变化的情况。图中黄色曲线仍然是电压信号，蓝色曲线为电流信号，电压纹波在FSK发射时依然陡增。除了电压电流信号，我们还接入了SPI总线控制信号，可以发现，该FSK码流是在SPI总线的控制下发射与中断的。在验证射频指标和FSK码流的同时，我们还能发现该系统潜在的问题。在图5-1-7中，频谱分析时间框设定在FSK发射的中间部分，频谱底噪正常，但当频谱分析时间框设定在FSK刚刚中断发射时，从频谱上可以看出底噪抬升了30dB。
2.RFID 标准符合性测试
RFID (射频识别)是一种低功耗的短程无线通信技术。RFID系统的组成一般至少包括两个部分：电子标签 (Tag)和读写器(Reader/Writer或Interrogator)。电子标签中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面。读写器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。进一步通过计算机及计算机网络实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。
RFID 使用的频率从低频到微波，各频段有各自的应用领域。表5-2-1和表5-2-2给出了RFID的使用频段及应用领域。
国际标准化组织针对不同频段的RFID制定了繁多的标准RFID读卡器、标签的设计及测试，都要以相应的标准为依据。RFID 标签的测试以物理性能测试及网络性能测试为主，不在我们讨论的范围，而RFID读卡器的调测及标准符合性测试，则是我们讨论的重点。
RFID读卡器是高度集成的嵌入式射频系统，MDO的跨域分析功能，能够更好地体现控制信号与射频信号间的时序关系，在RFID读卡器调测中非常有用。图5-2-1为RFID读卡器调测实例，图中下半部分为RFID信号频谱，上半部分中，黄色信号为读时钟，蓝色信号为发射控制，低电平时读卡器射频发射，发射的数据也通过该信号叠加上去。上半部分中的橙色信号为射频信号的幅度随时间的变化曲线，通过该曲线，我们很可以轻松地看到读卡器与标签信号间的握手过程，以及这些过程与相应的控制信号之间的关系。
将图5-1-1中的射频信号存储为TIQ格式的原始IQ数据后，就可以利用RSAVu矢量信号分析软件调用，然后对该RFID信号进行标准符合性测试（图5-2-2）。所谓标准符合性测试，是按照相应的标准对RFID读卡器或系统进行符合性验证。由于RFID信号是突发的微功率信号，传统的频谱仪或矢量信号分析仪都必须将信号采集下来后再进行分析，MDO4000 + RSAVu是很好的解决方案。
图5-2-3示意出RFID标准符合性测试的内容，图5-2-4为相应的RFID信号的功率随时间变化的波形图。在这两个图中，分别标有绿色、蓝色和灰色的框，代表时域、调制域和频域的测试项目，MDO4000本身就包含示波器、频谱仪和调制域分析的功能，非常适合进行RFID标准符合性测试。利用RSAVu矢量信号分析软件对MDO采集的RFID射频信号进行分析，可以测试图5-2-3中全部指标，RSAVu也支持全部RFID标准，并且支持用户自定义的标准。
本文小结
将MDO4000混合域分析仪的宽带调制域分析与跨域分析功能配合使用，可以解决传统测试手段不能解决的问题。MDO与泰克RSAVu或SignalVu矢量信号分析软件协同工作，可以满足宽带高性能矢量信号分析的要求。
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