利用R&S示波器RTO/RTE测量Qi无线充电系统

号错过一些在充电平台上的设备,更高幅度的数字求封（digital ping）会在每隔15秒发送出去。这是因为一些设备可能由于模拟Ping信号的不良，需要更高幅度的数字Ping信号，才能分辨出需要作出回应。

图21. 增加示波器捕获时间，可以把模拟ping，数字ping及侦测到接收设备进行握手的执行过程捕捉下来

当接收（移动）设备接近发射（充电）平台时，次级线圈将会对初级线圈形成负载，导致电压的下降。侦测到这种情形，充电平台就会启动发射控制组件，发出更长的数字ping信号，测试接收器的反应。

接收设备收到ping信号，将会通过调节次级线圈的负载，形成振幅调制，进行通讯。一旦达成充电契约，充电平台将调制载波幅度，提供接收设备所需的功率传输，并听取接收设备回馈的充电需求量。

通过HZ100高压差分探头和适当的触发条件，我们可以观察线圈上的信号调制。图22显示了载波信号上的振幅调制通讯。

图22. 初级线圈在HZ100的测量下

Qi的振幅调制相比只有载波信号的10%，比较微弱。要不把模拟转换器（ADC）推向过驱动饱和（overdrive）的状态，很难达到更仔细的分辨率（resolution）。RTO/RTE配备了高分辨率（Hi-Res）采集模式，利用抽样采集平均（decimation average）的方法，大大提高分辨率，如图23所显示。

图23. 利用高分辨率采集模式提高分辨率

若要对信息进行解码，我们需要先把信号解调回基带。在基带中观察信号也有助于揭示一些被载波信号掩盖的不良异常。

要调解去除载波信号，最简单的方法就是降低采样率，使示波器采样点无法重建载波信号的频率。通过峰值检测的抽样（peak-detect decimation），滤掉高频载波，留下调制的包络范围，就可以如图24一般，呈现基带的波形。放大后，信号的分辨率的引响就变得很明显。

图24. 峰值检测模式，以消除载波信号

RTO/RTE 还有一项独有的功能，就是把捕获到的采样点，进行重采样分解为I/Q的信号，保存为与R&S频谱仪系列兼容的IQtar格式。这样用户就能通过I/Q信号数据，再进一步进行处理，以分析调制信号的细节。由于储存为IQtar格式，因此可以通过R&S其它仪器恢复出相同的信号加以分析。

图25. RTO-K11 IQ 解调 Qi信号

图26. 移动设备打开5V供电后对线圈形成负载

图27. 选通FFT检测频率的瞬态变化

接收（移动）设备贴近充电平台后，须经过沟通与确认，才会打开其供电机制，输出5V直流。供电组件的启动，就算在没有接上电池，也会因本身的负载造成功率消耗。图26下方是5V直流的上升沿，上方线圈波形的变化可以轻易看见。透过RTO /RTE FFT选通功能，在图27我们可以轻易对比线圈信号频谱图在供电打开前后的变化。RTO/RTE可以同时进行四个FFT的分析与选通能力。这有助于观察不同区域的信号并让用户随意地配置FFT显示画面。

Figure 28. RT-ZC10 Current Probe

要检测负载阶跃（Load Step）效果，以模拟充电电池负载到移动设备的供电，可以采用RT-ZC电流探头。供电点接上负载的瞬间会导致电压瞬时下降，因为电流一下子被负载吸收，需要一点时间，电压才能被调制回正常。相同的，一旦负载断开时，电压也相对造成一个尖峰。设计系统时就需根据标准确保电压下垂和过冲不会损坏电路上的组件。图29、30显示了负载阶跃的效果。通道2（绿色）是供电5V，通道3（橘色）是电流，通道1 （黄色）则是线圈波形整流后未经过滤的直流。

图29. 500 mA 负载阶跃导致Vcc供电下垂

图30. 断开负载后在供电断看到的过冲

图31. 拿掉移动设备后，观测线圈与组件的互动

当移动设备被移掉，如图31显示一样，上方的线圈信号因为没了次级线圈负载，信号也因此变强。不再侦测到移动设备的调制回应，一段时间后充电平台将把控制交予低功率控制组件。通过RTO/RTE的逻辑通道与解码，我们可以观测到低功率控制组件开始运作与其对发射控制组件的沟通协议，把系统调整回Ping模式。

8 总结

无线充电设系统近年来深受关注。系统设计比较复杂，因为它涉及嵌入式射频、数字、电源与控制回路设计。通过文章中这一系列的测量设置例子，我们也清楚见证了R&S RTO/RTE示波器的丰富功能特点如何应对Qi测量的不同方面。更重要的是，示波器提供多领域相关性测量，对设计调试过程非常有帮助。RTO/RTE的独特能力，包括它的高捕获率、硬体加速的多重叠FFT 功能、小于0.1显示分割线的敏感数字触发、IQ相位波形采样功能等，使它成为电子工程师必备的良好工具。