查找射频嵌入式系统中的噪声来源

为简便地看到无线电中的数据包传输，我们在MDO4000系列的时域视图中增加了RF随时间变化曲线。标有"A"的橙色曲线显示了瞬时RF的幅度随时间的变化。标有"f"的橙色曲线显示了相对于中心频率的瞬时RF信号的频率随时间变化。

绿色波形(通道4)显示了输入到射频模块的电流。可以看到，电流从数据包之间接近0上升到传输期间大约40mA。黄色波形(通道1)显示了模块电源电压上的AC纹波。注意在传输期间只有很小的电压暂降。

图5显示了在数据包数据部分获得的同一信号。注意大多数能量位于较低的频率上。图4和图5都是在使用干净的实验室电源供电的模块中获得的。

图6.开关电源的频谱和电源测量结果。

图6显示了相同的RF信号，但使用升压型开关电源为射频模块供电。升压稳压器因产生噪声而臭名昭著，但它允许使用一个或两个碱性或镍镉电池及相对较少的器件，降低了成本。注意被调制信号底部的噪声提高。在发送的信号附近，噪声至少要比干净的电源高5dB。噪声已经清晰地显现在电流波形和电压波形中。额外的噪声还会令从发射机到接收机上的信号信噪比变差，降低射频系统的有效工作范围。

图7.到等效载荷的电源开关噪声。

可以使用商用EMI电流探头测量来自电源的噪声，电流探头用来观察来自图7中开关装置的噪声。在本例中，开关装置由电阻器和小型电容器做模拟负载。

MDO4000系列的自动标记功能用来显示电源发出的最明显的七个信号的频率和幅度。MDO4000系列可以提供最多11个自动标记，用绝对值显示结果，或作为相对值显示参考最大信号的结果。最高值一直表示为红色参考(RedReference)标记。注意基波频率和二次谐波的电平大体相同，约为30dBuA。屏幕的上半部分显示了MCP1640IC开关晶体管上的波形。我们使用测量功能显示开关电源的开关频率为508KHz左右，确认与RF频谱中的基波频率一致。

图8.使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变化。图8显示了相同的电源噪声及额外的信号。注意二次谐波下降，但有许多其它低电平噪声。部分噪声可能会给接收机的运行带来很大干扰，需要认真评估。数字电路板可能会产生噪声，如图9所示。可以使用一只单端探头，查找噪声来源、幅度和频率。MDO4000系列可以以优异的捕获带宽，在一个采集中覆盖多个频率。

图9.在使用升压转换器时来自数字电路板的宽频谱噪声。

更高RF频率上额外的宽频谱噪声图9显示了220MHz范围内明显的噪声。自动标记显示868MHz发送信号及不想要的信号的最高电电平。我们使用手动标记测量最高电平噪声的频率范围。手动标记中显示的测量数据还包括关心的信号的噪声密度。了解这类噪声功率可能会非常重要，因为视接收机结构，接收机灵敏度可能受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。

射频电路产生的噪声

在嵌入式系统中增加射频电路时还有一个潜在问题，即射频模块生成噪声，会干扰系统的其它部分，或不能满足无线电管理法规的规定。MDO4000系列提供的测量，如占用带宽和总发送功率，还有助于评估是否满足法规要求。

图10显示了想要的信号的频谱以及相邻频率中的杂散信号传输。它显示了基波频率任一侧500kHz左右的部分杂散信号，但它们比基波频率低约40dB，整体上是可以接受的。这个图还显示测得的信号功率为1.4dBm，占用带宽为94.5kHz，落在可以接受的100kHz典型带宽范围内。

图11.二次谐波上的频谱。

图11显示了用与图10基波信号相同方法测量二次谐波。注意二次谐波上的功率电平较基础谐波略微下降了不到40dB，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显示了三次谐波，其通常是射频系统中最麻烦的部分。但是，在这个频率上，信号的噪声功率相对于载波非常低(~-60dBc)。

图13.六次谐波的频谱。标记峰值显示信号低于-80dBm。

MDO4000系列可以在这一频段中进行直到六次谐波的测量。在这一频率中，这一射频信号几乎没有明显辐射，低于-80dBm(注意两个标记上的值)。

小结

在嵌入式系统中包括无线通信技术时，要考察许多关键问题，包括电源开关噪声的影响、正确设置射频集成电路的工作参数、保证发射输出满足相应的无线电法规。泰克MDO4000混合域示波器系列可以诊断和测试电源和其它噪声影响。它能够确认正确设置发送到无线电的数据命令，并能够检查来自发射机和其它电路的杂散辐射。它可以用来测量高达6GHz的RF信号，另外还可以通过时间相关的采集，查看来自开关电源和数字电路的低频噪声。