在把无线电芯片或模块集成到典型的嵌入式体系中时，规划人员有必要面临的一项常见使命是追寻和消除噪声和杂散信号。潜在的噪声来历包含：开关电源、来自体系其它部分的数字噪声、以及外部噪声来历。在考虑噪声时，还应考虑无线电发生的任何或许的搅扰，这是防止搅扰其它无线电及满意法规要求的一项重要考虑要素。
查找噪声来历一向不是一件轻松的作业。可是，新增的无线技能进一步进步了嵌入式体系的杂乱程度，规划人员在盯梢噪声来历方面面临着更大的妨碍。咱们有必要面临这个实践，即无线技能无处不在。据预算，现在运用的无线设备现已超越10亿台，30%的嵌入式规划现在包含无线功用，并且这一数字每天都在持续增长。
在嵌入式体系中添加无线功用时，在集成中一般会遇到许多问题。对电池供电体系，一般运用开关稳压器，以最低的本钱完成最高的有用功率。电源输出功率也经常是一个问题。这要求运用高开关频率，使输出滤波的规范和要求到达最小。这些电源在输出电压上一般有纹波，其或许会显现在RF发射机输出上，特别是在负荷下或在电池电量缺乏时。为防止这种状况，或许需求额定的电源滤波，以防止无线电信号不想要的损害，虽然这会导致不期望的本钱或功率。
无线电芯片或模块的硬件电路和软件装备或许会影响发送的信号质量。假如设置和过滤不妥，无线电或许会给其它无线电体系带来搅扰，或不能满意相应的法规规范。某些无线电体系需求信道滤波器、RF外表声波和其它本钱相对较高的滤波器，以满意信道外和带外辐射的法规要求。
作为嵌入式规划人员首选的东西，示波器是单纯为进行时域丈量而优化的。MSO (混合信号示波器)能够一同丈量模仿信号和数字信号，但运用示波器很难在RF载波上有用丈量RF信号。别的很难把时域和频域中的事情充沛相关起来，而这对查找体系级问题至关重要。
虽然频谱剖析仪能够在频域中进行丈量，但对大多数嵌入式规划人员来说，频谱剖析仪并不是首选的东西。运用频谱剖析仪在体系其他当地进行时刻相关丈量几乎是不或许的。
在本文中，咱们将调查运用一种称为混合域示波器或MDO的新式仪器查找噪声来历的技巧和技能。泰克最近推出了世界上第一台MDO，本文中的实例就根据MDO4000系列。该示波器具有共同的功用，能够一同显现4个模仿信号、16个数字波形、最多4条解码的串行总线和/或并行总线及1个RF信号。一切这些信号都时刻相关，显现操控信号对模仿域和RF域的影响。
在深化了解运用MDO的操作实例之前，咱们首要回忆一下这一示波器背面的部分首要概念。混合域示波器在查找噪声来历中的首要价值，是它能够在两个域(时域和频域)中进行时刻相关丈量。此外，它能够在多个模仿信号、数字信号和RF信号中进行这些丈量。
所谓时刻相关，是指MDO能够丈量一切输入之间的守时联系。例如，它能够丈量操控信号与无线电传输之开端之间的时刻，丈量发送的无线电信号的上升时刻，或丈量无线数据流中的多个符号之间的时刻。能够剖析某种设备状况改变期间的电源电压暂降，并与对RF信号的影响相关。时刻相关对了解整个体系操作或因果联系十分重要。
时域信号是最好用起伏随时刻改变调查的信号，这些信号在传统上运用示波器丈量。用起伏随时刻改变调查信号有助于答复下面这些问题：“电源真的是DC吗？”“这个数字信号的树立时刻是否足够？”“我的RF信号打开了么？”“现在正在经过这条有线总线传送哪些信息？”时域信号不限于模仿输入。观看RF起伏、频率和相位随时刻改变能够研讨RF信号简略的模仿调制特色、发动特色和安稳特色。
频域信号则是最好用起伏随频率改变调查的信号，这些信号在传统上运用频谱剖析仪丈量。用起伏随频率改变调查信号有助于答复下面这些问题：“发送的这个RF信号是否坐落分配的频谱规模内？”“这个信号上的谐波失真是否会导致设备问题？”“这个频段中是否存在任何信号？”
运用实例：带有开关电源、具有无线功用的嵌入式体系
鄙人面的评论中，被测器材将运用一块灵敏的无线电集成电路，其现已集成到无线电测验模块中，即Microchip Technologies MRF89XM8A。这个模块选用MRF89XA集成电路无线电及滤波和天线匹配。为进行演示，这个模块安装在Microchip Explorer 16电路板上，与电脑一同运用，对无线电设置进行编程。
为演示运用开关电源对无线电供电的影响，咱们运用升压转换器集成电路Microchip MCP1640，其集成到MCP1640EV评测电路板上。这个转换器以大约500 kHz频率开关，这一频率对开关稳压器十分常见。它能够供给无线电模块所需的3.3 V输出电压，支撑最低0.8 V的输入电压。这意味着能够从一个电池单元为无线电供电，下降产品的电池尺度。图1是测验设置图。
咱们丈量以868 MHz为中心的无线电频谱，其具有适当低的2 kbps的FSK调制数据速率，以供参阅。图2显现了参阅频谱。留意MDO一同显现时域视图和频域视图，一切信号都时刻相关。
画面的下半部分显现了RF信号的频域视图，在本例中是无线电发射机输出，画面的上半部分是时域的传统示波器视图。频域视图中显现的频谱来自时域视图中短橙色条指明的时刻周期，称为频谱时刻(Spectrum Time)。
由于时域画面的水平量程独立于处理时域画面傅立叶改换(FFT)要求的时刻数量，表明与RF搜集相关的实践时刻周期十分重要。MDO系列示波器的共同结构能够以时刻相关的方法分隔搜集一切输入(数字信号、模仿信号和RF信号)。每个输入有独自的存储器，视时域画面的水平搜集时刻，存储器中搜集的RF信号支撑频谱时刻，并能够在模仿时刻内部移动，如图3所示。
能够在搜集数据中移动频谱时刻(Spectrum Time)，调查RF频谱怎样随时刻改变。在图3中，咱们放置频谱时刻，显现数据包前置码多个符号期间发送的信号的频谱。频谱时刻是支撑频谱画面期望的解析带宽(RBW)要求的时刻数量。它等于窗口整形因数除以RBW。默许的Kaiser Window的整形因数为2.23，在本例中，频谱时刻为2.23/220 Hz，约为10 ms。
FSK调制一次只要一个RF信号频率，咱们对频谱运用较长的搜集时刻，以丈量占用带宽和总功率。
为简洁地看到无线电中的数据包传输，咱们在时域视图中添加了RF随时刻改变曲线。标有“A”的橙色曲线显现了瞬时RF幅离随时刻改变。标有“f ”的橙色曲线显现了相对于画面中心频率的瞬时RF频率随时刻改变。绿色曲线(通道4)显现了到模块的电流。能够看到，电流从数据包之间挨近0上升到传输期间大约40 mA。黄 色曲线(通道1)显现了模块电源电压上的AC纹波。留意在传输期间只要很小的电压暂降。
上图是在运用洁净的实验室电源供电的模块中取得的，这在实践环境中很难完成，但能够效果有用参阅。图4显现了相同的RF信号，但运用升压型开关电源为无线电模块供电。升压稳压器因发生噪声而臭名远扬，但它答应运用一个或两个碱性或镍镉单元及相对较少的器材，下降了本钱。留意被调制信号底部的噪声进步。在发送的信号邻近，噪声至少要比洁净的电源高5 dB。噪声现已容易地显现在电流波形和电压波形中。额定的噪声还会令从发射机搜集这些数据所运用的接纳机上的信号信噪比劣化，下降无线电体系的有用规模。
能够运用商用EMI电流探头丈量来自电源的噪声，电流探头用来调查来自图5中开关设备的噪声。在本例中，开关设备由电阻器和小型电容器供给载荷。MDO中的主动符号功用用来显现电源宣布的最显着的七个信号的频率和起伏。MDO4000系列能够供给最多11个主动符号，用绝对值显现成果，或作为相对值显现参阅最大信号的成果。最高值一向表明为赤色参阅(Red Reference)符号。留意根底频率和二阶谐波的电平大体相同，约为30 dBuA。屏幕的上半部分显现了MCP1640 IC开关晶体管上的波形。咱们运用丈量功用显现开关频率，承认RF符号丈量。
在电源驱动RF电路板时，噪声功率的时域画面和频域画面改变。图6显现了相同的电源噪声及额定的信号。留意二阶谐波下降，但有许多其它低电平噪声。部分噪声或许会给无线电接纳机的运转带来很大搅扰，需求仔细评价。
数字电路板或许会发生噪声，如图7所示。能够运用一只单线探头，查找噪声来历、起伏和频率。这儿，在220 MHz规模内有显着的噪声。主动符号显现868 MHz发送信号及不想要的信号的最高电电平。咱们运用手动符号丈量最高电平噪声的频率规模。手动符号中显现的丈量数据还包含关怀的信号的噪声密度。了解这类噪声功率或许会十分重要，由于视无线电接纳机结构，接纳机灵敏度或许遭到各种频率上的噪声影响。
无线电发生的噪声
在嵌入式体系中添加无线电体系时还有一个潜在问题，即无线电生成噪声，会搅扰体系的其它部分，或不能满意无线电信号的法规约束。占用带宽和总发送功率等丈量还有助于评价是否满意法规要求。
图8显现了想要的信号的频谱以及相邻频率中的杂散信号传输。它显现了根底频率任一侧500 kHz左右的部分杂散信号，但它们比根底频率低约40 dB，全体上是能够承受的。这个图还显现测得的信号功率为1.4 dBm，占用带宽为94.5 kHz，落在能够承受的100 kHz典型带宽规模内。
下一步是运用与图8中根底频率相同的丈量检查二阶谐波。在这个实例中，咱们发现，二阶谐波上的功率电平较根底谐波稍微下降了不到40 dB，占用带宽是根底谐波频谱带宽的两倍。图9显现了三阶谐波，其一般是无线电体系中最费事的部分。可是，在这个频率上，信号的噪声功率相对于载波十分低(~ -60dBc)。
能够直到六阶谐波在这个频段中进行丈量。在这一频率中，这一无线电几乎没有显着辐射，低于-80 dBm。
小结
在嵌入式体系中包含无线通信技能时，要调查许多关键问题，包含电源开关噪声的影响、正确设置无线电集成电路的作业参数、确保发射输出满意相应的无线电法规。
MDO能够检查时刻相关的信号，协助规划人员高效确诊和测验电源和其它噪声影响。它能够承认正确设置发送到无线电的数据指令，并能够检查来自发射机和其它电路的杂散辐射。它能够用来丈量高达6 GHz的RF信号，别的还能够经过时刻相关的搜集，检查来自开关电源和数字电路的低频噪声。
