全球趨勢(shì)下無(wú)線嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)

1、全球rf技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理泰克公司設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)無(wú)線系統(tǒng)的一個(gè)重大挑戰(zhàn)是使之能夠用于世界不同地區(qū)。在使用的頻率、調(diào)制類型、功率 電平和帶寬方面，全球并沒(méi)有達(dá)成一致。無(wú)線電法規(guī)在不同地區(qū)之間差異很大，特別是在沒(méi)有牌照的 無(wú)線電控制和遙測(cè)應(yīng)用使用的那部分頻段。對(duì)某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，在2.4ghz上運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)化無(wú)線電（如藍(lán)牙、zigbee或wifi）兒乎可以用于世界上 任何地方。然而對(duì)其它應(yīng)用而言，改進(jìn)大樓穿透力、降低t擾、減少低頻無(wú)線電的能耗可能是更好的 選擇。在這種情況下，設(shè)計(jì)人員的任務(wù)是優(yōu)化和檢驗(yàn)無(wú)線電集成電路，使得這些集成電路能夠用于相 同應(yīng)用，但用于不同地區(qū)。木文考察了嵌入式無(wú)線電集成電路和模塊技術(shù)。這些

2、技術(shù)非常靈活，通過(guò)數(shù)十個(gè)設(shè)器來(lái)實(shí)現(xiàn)， 可以優(yōu)化用于北美和歐洲地區(qū)。為了滿足不同市場(chǎng)對(duì)于功率、頻率和占用帶寬等的要求，工程師必須 能夠檢驗(yàn)無(wú)線電的射頻運(yùn)行并確認(rèn)發(fā)送到無(wú)線電的命令和數(shù)據(jù)是正確的。過(guò)去，這是一項(xiàng)很難的任務(wù)，不但需要關(guān)聯(lián)無(wú)線電發(fā)射機(jī)的rf輸出，同時(shí)還要讀取控制信號(hào)。這些 控制信號(hào)包括能夠觸發(fā)和解碼spi和其它總線，測(cè)量吸收電流、電源電圧及其它模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 一般來(lái)說(shuō)，這需耍結(jié)合使用示波器和頻譜分析儀進(jìn)行測(cè)址，然后手動(dòng)關(guān)聯(lián)捕獲的信號(hào)。最近，泰克推 出業(yè)內(nèi)第一個(gè)、也是唯一一個(gè)商用混合域示波器（mdo）,把示波器和頻譜分析儀融合在一臺(tái)儀器屮。 在本文中，我們將介紹如何使用這一儀器，并

3、促進(jìn)北美和歐洲地區(qū)的無(wú)線電集成電路優(yōu)化。了解法規(guī)在大樓中傳播信號(hào)時(shí)，無(wú)線電集成電路在900mhz頻段范圍內(nèi)的效率耍高于2.4ghz頻段。這些集成 電路可以用于世界上人部分地區(qū)，靈活地進(jìn)行不同配置并滿足當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)。首先，應(yīng)清楚地了解針對(duì)的 不同地區(qū)允許使用哪些頻段。在歐洲大部分地區(qū)，沒(méi)有牌照的無(wú)線電系統(tǒng)允許在868mhz范圍內(nèi)工作，發(fā)射足夠的功率來(lái)涵蓋人 樓內(nèi)幾百英尺的范圍，在某些國(guó)家和頻段中茯至對(duì)以達(dá)到25mw或更高的發(fā)射功率。由于法規(guī)中允 許的頻段相對(duì)較窄，這些系統(tǒng)只能占用有限的頻譜帶寬。相比之下，在北美，915mhz周圍沒(méi)有牌照的頻譜分配范圍相對(duì)較大（902928mhz）。但是，為了以 兒分

4、之一亳瓦以上的功率發(fā)送，信號(hào)必須擴(kuò)散到至少500 khz的頻譜屮，進(jìn)一步限制了峰值功率。北 美市場(chǎng)允許選擇窄帶低功率應(yīng)用或者900mhz頻譜中較高功率的寬帶應(yīng)用。還町以采川跳頻，但所 要求的軟件要比寬帶（數(shù)字）調(diào)制復(fù)雜得多。盡管使用帶寬較寬的信號(hào)有某些劣勢(shì)，但它可以提供更高 的數(shù)據(jù)吞吐量。與北美允許的窄帶信號(hào)中低得多的功率電平相比，更寬的帶寬及更高的發(fā)射機(jī)功率可 以用于更長(zhǎng)的量程。我們選擇使用mrf89xam8a模塊上的microchip technologies mrf89xa集成電路，來(lái)闡述部分集 成問(wèn)題并確認(rèn)正確運(yùn)行所需的測(cè)試。除在工作模式上具有較人靈活性以外，這種集成電路的接收機(jī)能 耗

5、低，適合用丁-電池供電的應(yīng)用。為方便起見(jiàn)，我們使用為868 mhz頻段優(yōu)化的模塊，與北美需耍 的元件略有不同。在儀器一側(cè)，我們使用泰克mdo4104-6混合域示波器。它能夠同時(shí)顯示直到1ghz帶寬的多個(gè)模擬 信號(hào)、16個(gè)數(shù)字波形（包括數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解碼）以及高達(dá)6ghz的rf信號(hào)。所有這些信號(hào)都可以時(shí)間相關(guān)， 顯示控制信號(hào)和模擬信號(hào)對(duì)rf時(shí)域和頻域的影響。為了演示需要測(cè)量的信號(hào)并保證兩種發(fā)射機(jī)模式正確運(yùn)行，我們使用microchip explorer 16演示電路 板來(lái)控制無(wú)線電模塊并連接示波器。圖1說(shuō)叨了使用的設(shè)置。pc控制器電源射頻輸入4?于_4/sp1 bus無(wú)線電測(cè)試模塊板mcu測(cè)試板功率調(diào)

6、節(jié)器圖1-被測(cè)器件(microchip mrf89xa模塊)和混合域示波器之間的測(cè)試連接。對(duì)歐洲人部分地區(qū)來(lái)說(shuō)，在868mhz頻段中顯高允許25mw的發(fā)射功率，其帶寬一般為100khz(視 特定子頻段而定)。對(duì)這一系統(tǒng)，把它設(shè)置成以每秒5kb速率發(fā)送fsk(頻移鍵控)，標(biāo)稱偏差為33khz.圖2中的橙色條顯示了前置碼部分傳輸期間捕獲的這個(gè)信號(hào)的頻譜約為4ms,以及同一時(shí)間刻度上的 多條時(shí)域illi線。頻譜時(shí)間(spectrum time)*窗口整形因數(shù)除以解析帶寬(rbw)確定。在這個(gè)實(shí)例中， kaiser window*數(shù)的整形因數(shù)值為2.23, rbw為550h乙耍求的采集時(shí)間約為4ms。

7、頻域畫(huà)面屮 還顯示了總功率和占用帶寬測(cè)量數(shù)據(jù)。圖2時(shí)域和頻域視圖和測(cè)最。在而置碼期間測(cè)得的占用帶寬為98kh乙滿足fsk信號(hào)的技術(shù)規(guī)范。1.4dbm的輸出功率（剛剛大于 1 mw）低于目標(biāo),當(dāng)國(guó)家法規(guī)允許吋，通過(guò)使用匹配更好的高增益天線或簡(jiǎn)單的功放器，能夠方便的 將功率提高到25 mw或以上。在屏幕上半部分，綠色曲線（曲線4）是模塊吸收的電流。黃色曲線（曲 線1）顯示了為模塊提供的電壓。illi線a是rf信號(hào)的幅度。注童在集成電路啟動(dòng)時(shí)，電流剛開(kāi)始時(shí)上 升了幾ma。只有在電流達(dá)到整整40ma吋，我們才能看到rf信號(hào)。頻率隨時(shí)間變化曲線用橙色illi線f表示，顯示出毎格50khz時(shí)信號(hào)fsk調(diào)制

8、的頻率偏差。這也驗(yàn)證 了頻譜（頻域）及時(shí)域中預(yù)計(jì)的+/-33khz偏差。在圖3中，橙色條新的位置表示在數(shù)據(jù)包晚一點(diǎn)的時(shí)候獲得的頻譜。在相同的輸出功率下，更多的能 量位于較低的調(diào)制頻率上，這與頻率隨時(shí)間變化曲線中符號(hào)包表示的數(shù)據(jù)一致?？梢允褂眠@一功能, 査找rf輸出或調(diào)制中的任何畸變。mdo能夠提供電源、調(diào)制和rf頻譜的時(shí)間關(guān)聯(lián)，這種能力在 單獨(dú)的示波器和標(biāo)準(zhǔn)頻譜分析儀中很難復(fù)現(xiàn)。還有一種選擇是打印輸出并將屏幕重疊在一起。這將保 證兩臺(tái)儀器能夠一起觸發(fā)，雖然很難，但不是不可能。njjols.oms/t poln"50in qmrl juuichmaiiiiv14 dim m£

9、l2<ltxa a.亠wl g .4a a k20 oomvjl i圖3-頻譜位丁數(shù)據(jù)包遲一些的地方,這時(shí)的符號(hào)能量主耍來(lái)自fsk調(diào)制信號(hào)的較低頻率。杳看從微控制器發(fā)送到無(wú)線電的命令也有很人幫助。通過(guò)把數(shù)字探頭連接到spi總線上，spi總線連 接無(wú)線電模塊，可以打開(kāi)spi總線解碼，査看與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)準(zhǔn)的頻譜。mdo設(shè)置成在屏幕中采集100力樣木點(diǎn)。盡管數(shù)字信號(hào)很快，但使用卷動(dòng)和縮放功能叮以看到數(shù)據(jù)。 圖4顯示了數(shù)據(jù)包發(fā)送前的解碼數(shù)據(jù)。發(fā)送的數(shù)據(jù)是0x01,0x02,0x0&在圖中可以看到解碼后的 數(shù)據(jù)。在屏幕的時(shí)域部分底部，現(xiàn)在還可以看到數(shù)據(jù)的數(shù)字版本。圖4 一解碼后的數(shù)據(jù)和數(shù)字波

10、形.在這個(gè)畫(huà)面中，頻譜時(shí)間(spectrum time)現(xiàn)在包括從預(yù)觸發(fā)中采樣的數(shù)據(jù)及開(kāi)機(jī)行為，因?yàn)樗猩?用下降的功率電平顯示的rf信號(hào)為“on”和“off”時(shí)的樣點(diǎn)。通過(guò)為命令選擇解碼行，而不是數(shù)據(jù)， 可以用類似方式解碼和檢查命令。圖5使用卷動(dòng)和縮放功能，顯示了解碼后的命令讀寫(xiě)整體配迸寄存器。spi(mosi)行的第一對(duì)字節(jié)讀 取通用配這寄存器，在spi(miso)行屮返冋值30。第二對(duì)字節(jié)00 30在868mhz頻段屮，把地址0 上的通用配置寄存器設(shè)置成待機(jī)模式。圖5解碼后的命令和數(shù)字波形。這種方法適合確認(rèn)無(wú)線電集成電路是否得到止確設(shè)置。另一種技術(shù)是觸發(fā)spi命令。例如，對(duì)以使 用儀器，觸發(fā)命令040b,設(shè)置發(fā)射機(jī)輸岀的頻率偏差。spi觸發(fā)將設(shè)置成觸發(fā)一個(gè)兩字節(jié)字符，第 一個(gè)字節(jié)是命令。可以在mrf89xa無(wú)線電集成電路產(chǎn)品技術(shù)資料的幫助f，解碼具余的命令。如圖6所示，町以在一個(gè)畫(huà)面中評(píng)估spi命令和r