[ 導讀 ] 隨著現代傳感器技術和無線通信技術的發展，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、高校研發和創新的方向。其中一個最重要的因素是如何測量系統中時間相關的時域和頻域信號。

       隨著現代傳感器技術和無線通信技術的發展，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、高校研發和創新的方向。其中一個最重要的因素是如何測量系統中時間相關的時域和頻域信號。

       物聯網行業的發展趨勢與設計挑戰隨著現代傳感器技術和無線通信技術的發展，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、高校研發和創新的方向。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。其中一個最重要的因素是如何測量系統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能否正常工作。而這些RF參數本身不僅和射頻發射/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延遲時間的大小，都會決定整個系統的工作狀態。傳統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混合域示波器的創新設計理念泰克MDO4000系列混合域示波器獨特的創新理念，為調試跨域的時頻相關的系統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和頻譜分析儀頻域采集系統，既可以獨立工作，也可以通過觸發協同工作。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并捕獲到關心的RF信號。由于傳統的頻譜分析儀觸發功能很有限，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，還可以使用示波器的觸發系統，通過基帶或控制信號完成RF信號的觸發采集，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[FS:PAGE]號的調制域波形

       在調試RFID系統時，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讀寫器系統為例，介紹MDO4000的跨域調試應用。（關于MDO4000在ZigBee系統中的應用，另有專門文章介紹）。

       在RIFD系統研發中MDO混合域示波器的應用

圖3. MDO4000RFID讀寫器測試環境，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系統是目前國內應用最為廣泛，技術較為成熟的射頻識別系統。相關的國際標準對射頻發射頻率、信道帶寬、發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，標準有著嚴格的規定。以讀寫設備為例，讀寫設備發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范a

       通過使用MDO4000獨特的觸發功能，用戶可以輕松穩定捕獲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

       識別噪聲來源

       我們測量以868 MHz為中心的射頻頻譜，其擁有相當低的2 kbps的FSK調制數據速率，以供參考。圖3顯示了參考頻譜。注意MDO4000系列同時顯示時域視圖和頻域視圖，所有信號都時間相關。畫面的下半部分顯示了RF信號的頻域視圖，在本例中[FS:PAGE]是射頻發射機輸出，畫面的上半部分是時域的傳統示波器視圖。頻域視圖中顯示的頻譜來自時域視圖中短橙色條指明的時間周期，稱為頻譜時間（Spectrum Time）。由于時域畫面的水平量程獨立于處理時域畫面傅立葉變換（FFT）要求的時間數量，表示與RF采集相關的實際時間周期非常重要。MDO4000系列示波器的獨特結構可以以時間相關的方式分開采集所有輸入（數字信號、模擬信號和RF信號）。每個輸入有單獨的存儲器，視時域畫面的水平采集時間，存儲器中采集的RF信號支持頻譜時間，并可以在模擬時間內部移動，如圖4所示。圖7.測量13.56MHz RFID PCD到PICC t4時間

       識別噪聲來源

       我們測量以868 MHz為中心的射頻頻譜，其擁有相當低的2 kbps的FSK調制數據速率，以供參考。圖3顯示了參考頻譜。注意MDO4000系列同時顯示時域視圖和頻域視圖，所有信號都時間相關。畫面的下半部分顯示了RF信號的頻域視圖，在本例中是射頻發射機輸出，畫面的上半部分是時域的傳統示波器視圖。頻域視圖中顯示的頻譜來自時域視圖中短橙色條指明的時間周期，稱為頻譜時間（Spectrum Time）。由于時域畫面的水平量程獨立于處理時域畫面傅立葉變換（FFT）要求的時間數量，表示與RF采集相關的實際時間周期非常重要。MDO4000系列示波器的獨特結構可以以時間相關的方式分開采集所有輸入（數字信號、模擬信號和RF信號）。每個輸入有單獨的存儲器，視時域畫面的水平采集時間，存儲器中采集的RF信號支持頻譜時間，并可以在模擬時間內部移動，如圖4所示。

圖8.測量PCD發射信號與標簽返回信號間的延遲時間

圖9. 13.56MHz RFID射頻信號的時域波形、調制域波形與頻譜顯示

       另一個需要嚴格保證的時間是從讀寫器發出讀卡信號后到標簽返回信號的時間。過長或過短的時間都會被認作讀寫失敗。使用傳統儀器測量這些信號的難度很大。MDO4000可以將RF信號的AvsT的軌跡完整展示的屏幕中，用戶只需用光標定位到相應位置，即可得到這一延遲時間。

       使用ASK調制方式的RFID系統是通過副載波傳輸數據信息的。在上圖的頻譜部分，我們可以清楚地看到射頻信號的載波是13.56MHz，副載波信號為±800KHz左右。符合相關規定的要求。如果需要測量射頻信號的射頻參數，如信道功率、鄰道功率比或占用帶寬等，通過選擇MDO4000的自動測量功能，可以在屏幕中直接顯示[FS:PAGE]這些測量結果。

圖10.發射頻點誤差測量

圖11.信道功率測量

圖12.占用帶寬測量

       如果設計人員希望了解RFID系統傳輸的數據情況，MDO4000同樣可以提供強有力的支持。MDO4000可以提供RF信號的IQ數據。將這些數據導入泰克的RSAVu軟件后，可以完成RFID數據的解碼、射頻指標計算等工作。如下圖所示，使用RSAVu軟件讀取MDO4000提供的。TIQ數據，軟件可以計算得出RF信號的幅度時域波形，計算得出EVM、調制深度、調制系數、頻率偏差、碼速率等參數。并可以將這些RF信號代表的數據解碼顯示出來。簡化了設計人員的調試難度。

圖13. RSAVu自動測試和解碼功能

       MDO的系統級調試和分析功能

圖14. RFID讀寫器功能框圖

       RFID讀寫器是一個包含了基帶微控制器、RF發射和接收模塊以及電源和控制總線的復雜的射頻嵌入式系統。基帶控制信號和系統內部寄存器的狀態直接影響系統的工作狀態。以我們測試的讀寫器為例，NXP CLRC632讀寫控制芯片包含了壓控振蕩器、鎖相電路、編碼、解碼、混頻和發射/接收功能，芯片的工作受到單片機芯片STC90c58RD+的控制。

       測試系統控制信號與TX和RX信號的時序關系

圖15. Rx信號與射頻信號的時域關系

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