利用R&S示波器RTO/RTE测量Qi无线充电系统

时域和频域分析，在不损耗解析度与灵敏度的情况下，进行精确的数字触发。加上具有SPI、I2C、CAN等的总线解码与触发，和逻辑通道的选项，RTO/RTE更能观察Qi系统组件的互动，使它成为一个分析与检测的好伙伴。

在这篇文章里，我们将对RTO/RTE测量Qi系统的能力进行评估，看看在那些测量项目上更能够发挥RTO/RTE示波器的独特性能。

7 测量设置

要启动发射／充电平台（BQ500211EVM-054），我们需要供应至少19V直流电源而功率不少于10瓦，例如惠美的HMP2020 (或任何一台HM8000系列)的直流电源。供电后，初级与次级线圈的交互效应，可以通过高阻抗探头观察。也可以使用近场（Near Field）探头或逻辑通道（MSO）进行更深一层的测量。如果要模拟系统的充电机制，我们也可以在接收／移动设备（BQ51013AEVM-765）的5V Vout输出点接上一个负载开关，消耗充电功率，以对整个系统控制环的反应与特征作进一步的认识。

图6. 基本的Qi系统测量设置

图7. 一般系Qi 统测量点（取于bq500211 EVM 手册）

要对Qi系统的性能与特性更加了解，可以通过不同的方法。从测试和测量的角度来看，确保Qi系统在标准规范内运行十分重要。设备的兼容性取决于其射频信号的模拟特性，因此其LLC半桥谐振电路一定要检测。

最直接的测量就是通过高压高阻抗探头，对没有接收器的初级线圈进行测量。通过RTO/RTE示波器的FFT变换，我们可以得到该波形的频谱。测量显示，该LLC电路的谐振频率约140 kHz并包含240 Hz的偏差。

图8. LLC半桥谐振电路在下半桥的波形及频谱

相同的，我们也可以观测LLC半桥开关管的电压，计算波形占空比和侦测其谐波干扰图9。此外，评估电板也设有I_Sense测量点以方便共振电流的测量。

图 9. LLC下半桥开关管的测量

LLC半桥电路的3.3V电源是透过低功耗压稳器把19V的总电输入调节而成。该调压器（TPS54231）具有固定的570 MHz开关频率。透过近场探头，可以查探调压器开关机制产生的电磁干扰（EMI）。RTO/RTE的FFT功能把捕获的电磁波转换成频谱图，让工程师更容易的针对组件电磁干扰的产生与影响范围进行定位和扫描。

图10. 使用近场探头找出EMI干扰

图 11. RTO/RTE的FFT功能分析EMI频谱

图 12. 源自发射控制组件的31 MHz电磁干扰

图13. 打开余辉显示对3.3Vcc电源做FFT分析

在测量发射控制组件的VCC供电时，之前在调压器发现的电磁干扰也导入在内。图13的频谱图显示，使用无限余辉捕获到的频谱，除了调压器的开关机制干扰，也观察到了其它噪声。RTO/RTE有独特的历史模式功能，可以把之前捕获到并还留在内存中的波形数据（由于内存容量有限，满了就会把旧的数据删除），回放到示波器显示。这样不但可溯已捕获的数据，更能把不同时间点捕获到的波形进行比较。在历史模式里，FFT频谱、测量、选通和模板测试等功能，都能够操作。图14 显示在不同时间点捕获到的纹波，在时域波形或频谱图上，都有着相当大的差异。这证实噪音会随着时间变化。通过历史模式的时间标签，可能可以把特性相似的噪声建立起相关性，再进一步的查找产生问题的根源。

图14. 两个不同时间点捕获的噪声，通过历史模式，能更清楚分析里面的细节

图15. 发射（充电）平台送出的模拟Ping信号

图16. LLC半桥占空比的变化

发射（充电）平台会在每400ms发出高幅度的模拟Ping的信号，以侦测接收（移动）设备的存在，正如 图15所显示。执行模拟Ping信号时，LLC半桥开关管信号的占空比会从50%下降至2%（图16）。这样的高幅度脉冲似的信号，也相对地引起高幅度的开关噪声。这也是我们在之前3.3VCC电源测量时看到的噪音。

图17. MSO 逻辑通道提供更多的通道检测协议层与模拟信号的相关性

执行模拟Ping信号时，射频控制组件（BQ500210R-GZ）处于被动模式，然后通过低功率组件（MSP430G2001）来进行侦测接收设备的运作，以节省电源。要进一步的研究两个组件间的互动通信，可以选用MSO探头（图17）来测量其间的逻辑讯息。然后透过总线解码或串行解码，来确认通信讯息是否符合标准需求（图18）。

图18. RTO/RTE可以把MSO逻辑信号、解码显示与时域的波形并列在一起

MSO逻辑探头捕获到的逻辑信号，可以再进行解码，再把解码显示、逻辑信号与时域的波形并列在同一个时间轴上，以方便了解信号在时间上的相关性。在图18显示，在发送模拟Ping信号之前，低功率组件会通过连接的SPI总线传达讯息，使其发送模拟Ping信号。

图19. 发射（充电）平台每400ms 发送模拟Ping信号

图20. 每15秒的数字Ping信号

除了每400ms发送模拟ping信号侦测接收器的存在，为了避免模拟Ping信