射頻 (RF) 測(cè)試是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證的關(guān)鍵組成部分，特別是在電信、航空航天、汽車(chē)和物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)。隨著嵌入式系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的RF測(cè)試方法通常不足以捕獲跨多個(gè)域 (時(shí)間，頻率和數(shù)字) 的信號(hào)的復(fù)雜相互作用。多域信號(hào)分析已成為解決這些挑戰(zhàn)的強(qiáng)大方法，為工程師提供了RF性能的全面視圖。本博客探討了嵌入式射頻測(cè)試中多域信號(hào)分析的原理、優(yōu)勢(shì)和實(shí)際應(yīng)用，為工程師和開(kāi)發(fā)人員提供了旨在優(yōu)化其測(cè)試工作流程的見(jiàn)解。

什么是多域信號(hào)分析？

多域信號(hào)分析涉及同時(shí)檢查屬于多個(gè)不同域的嵌入式系統(tǒng)中的電子信號(hào)，以全面了解系統(tǒng)行為。主要域包括:

時(shí)域: 分析隨時(shí)間變化的信號(hào)幅度和相位，揭示瞬態(tài)行為、抖動(dòng)和時(shí)序問(wèn)題。

頻域: 檢查表示為振幅/功率的信號(hào)作為頻率的函數(shù)，識(shí)別頻譜內(nèi)容，諧波和雜散發(fā)射。

數(shù)字域: 分析在時(shí)間和幅度上離散的信號(hào)，這些信號(hào)涉及邏輯電路，通常編碼為特定的通信協(xié)議

通過(guò)集成這些觀點(diǎn)，多域分析提供了比單域方法更完整的RF性能圖，使工程師能夠診斷在隔離分析域時(shí)可能遺漏的問(wèn)題。

為什么多域分析對(duì)于嵌入式射頻測(cè)試至關(guān)重要

嵌入式RF系統(tǒng)，例如5g設(shè)備，雷達(dá)系統(tǒng)或IoT模塊中的嵌入式RF系統(tǒng)，在具有復(fù)雜信號(hào)交互的環(huán)境中運(yùn)行。這些系統(tǒng)通常在受限的物理和功率預(yù)算內(nèi)集成多個(gè)RF組件-收發(fā)器、放大器、天線。多域分析是必不可少的，原因有幾個(gè):

全面的信號(hào)表征: 嵌入式RF系統(tǒng)通常表現(xiàn)出跨越多個(gè)域的行為。例如，頻域中的雜散發(fā)射可能源自時(shí)域中的定時(shí)問(wèn)題。多域分析將這些現(xiàn)象關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而能夠更快地識(shí)別根本原因。

符合標(biāo)準(zhǔn): 現(xiàn)代RF系統(tǒng)必須遵守嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn) (例如，用于5g的3GPP、用于Wi-Fi的ieee802.11)。多域分析可確保信號(hào)滿足跨時(shí)間、頻率和調(diào)制域的規(guī)范，從而降低不合規(guī)的風(fēng)險(xiǎn)。

調(diào)試復(fù)雜問(wèn)題: 相位噪聲、互調(diào)失真或調(diào)制錯(cuò)誤等問(wèn)題通常在各個(gè)域之間表現(xiàn)不同。多域工具允許工程師將這些問(wèn)題追溯到其源頭，從而簡(jiǎn)化調(diào)試。

測(cè)試效率: 通過(guò)提供信號(hào)行為的統(tǒng)一視圖，多域分析減少了對(duì)多個(gè)測(cè)試設(shè)置的需求，從而節(jié)省了開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證的時(shí)間和資源。

多域信號(hào)分析的關(guān)鍵工具與技術(shù)

為了在嵌入式RF測(cè)試中實(shí)現(xiàn)多域信號(hào)分析，工程師依賴于先進(jìn)的工具和技術(shù)。一些最常用的包括: 矢量信號(hào)分析儀 (vsa)-捕獲和分析跨時(shí)間，頻率和調(diào)制域的RF信號(hào)的多功能儀器。它們可以解調(diào)復(fù)雜信號(hào) (例如，QAM、OFDM)，并提供詳細(xì)的度量，如誤差向量幅度 (EVM) 、相位噪聲和頻譜純度?，F(xiàn)代vsa通常包括支持多域可視化的軟件套件，這使得它們對(duì)于嵌入式RF測(cè)試是不可或缺的。

實(shí)時(shí)頻譜分析儀(RTSAs) 擅長(zhǎng)捕獲具有高動(dòng)態(tài)范圍的頻域中的瞬態(tài)和間歇性信號(hào)，這對(duì)于調(diào)試雜散發(fā)射或干擾等問(wèn)題至關(guān)重要。當(dāng)與時(shí)域可視化和解調(diào)分析功能配合使用時(shí)，rtsa為跨域測(cè)試提供了強(qiáng)大的平臺(tái)。泰克的所有rtsa都與SignalVu配合使用，SignalVu是一種綜合信號(hào)分析套件，可提供多種相關(guān)視圖: 頻譜、頻譜圖、時(shí)間概覽、振幅、相位等。

高帶寬示波器配備RF分析軟件可以執(zhí)行時(shí)域測(cè)量，同時(shí)還提供頻率和調(diào)制見(jiàn)解。這些對(duì)于分析嵌入式系統(tǒng)中的基帶和中頻 (IF) 信號(hào)特別有用。泰克示波器上的SignalVu帶來(lái)了示波器上vsa和頻譜分析儀的所有高級(jí)射頻信號(hào)分析功能，而無(wú)需單獨(dú)的儀器。SignalVu在示波器上本機(jī)運(yùn)行或通過(guò)連接的PC運(yùn)行，并使用示波器采集的時(shí)域數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)或捕獲后RF分析，將RF域事件 (如信號(hào)丟失或雜散) 與時(shí)域事件 (如電源故障或處理器活動(dòng)) 相關(guān)聯(lián)。

軟件定義無(wú)線電 (SDR) 平臺(tái)，為RF測(cè)試提供靈活、可編程的方法。通過(guò)將sdr與多域分析軟件相結(jié)合，工程師可以實(shí)時(shí)捕獲和處理信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)嵌入式RF系統(tǒng)的快速原型設(shè)計(jì)和測(cè)試。

信號(hào)處理軟件工具，如MATLAB，Python (帶有NumPy和SciPy等庫(kù))，或?qū)ｉT(mén)的RF分析平臺(tái)，使工程師能夠?qū)Σ东@的信號(hào)進(jìn)行后處理。這些工具支持用于頻率分析、時(shí)頻分析 (例如，頻譜圖) 和調(diào)制質(zhì)量評(píng)估的高級(jí)技術(shù)，如快速傅里葉變換 (FFT)。

嵌入式射頻測(cè)試中的實(shí)際應(yīng)用

多域信號(hào)分析應(yīng)用于嵌入式RF系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段，從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)。以下是一些實(shí)際的例子:

5g和IoT設(shè)備驗(yàn)證

5g和IoT設(shè)備依賴于復(fù)雜的調(diào)制方案 (例如，256-qam) 并且在擁擠的頻譜環(huán)境中操作。多域分析可確保這些器件在不同條件下保持信號(hào)完整性。例如，工程師可以使用VSA在調(diào)制域中測(cè)量EVM，同時(shí)檢查頻域中的頻譜再生。

雷達(dá)和汽車(chē)系統(tǒng)

在汽車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)中，精確的定時(shí)和頻率穩(wěn)定性對(duì)于準(zhǔn)確的目標(biāo)檢測(cè)至關(guān)重要。多域分析可幫助工程師在時(shí)域中驗(yàn)證脈沖特性，在頻域中評(píng)估線性調(diào)頻脈沖，并確保調(diào)制保真度。

無(wú)線通信模塊

在嘈雜的環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，嵌入式Wi-Fi或藍(lán)牙模塊必須符合標(biāo)準(zhǔn)。多域分析可以識(shí)別同信道干擾 (頻域) 、分組定時(shí)誤差 (時(shí)域) 或調(diào)制失真等問(wèn)題，從而確保穩(wěn)健的性能。

衛(wèi)星和航空航天系統(tǒng)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)要求高可靠性和低相位噪聲。多域分析使工程師能夠驗(yàn)證所有域的信號(hào)質(zhì)量，確保符合嚴(yán)格的航空航天標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)現(xiàn)跨域信號(hào)分析的**實(shí)踐

為了在嵌入式射頻測(cè)試中最大限度地發(fā)揮多域信號(hào)分析的優(yōu)勢(shì)，請(qǐng)考慮以下**實(shí)踐:

定義明確的測(cè)試目標(biāo): 在測(cè)試前確定關(guān)鍵性能指標(biāo) (如EVM、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍) 和與系統(tǒng)相關(guān)的領(lǐng)域。

選擇合適的工具: 選擇支持跨域分析并與系統(tǒng)的頻率范圍和調(diào)制方案兼容的儀器和軟件。如前所述，泰克4、5和6系列是嵌入式RF驗(yàn)證的絕佳解決方案，無(wú)需單獨(dú)的頻譜分析儀。它們?cè)试S直接從示波器進(jìn)行時(shí)間相關(guān)調(diào)試和調(diào)制分析。

跨域關(guān)聯(lián)測(cè)量: 使用可視化工具疊加時(shí)間、頻率和調(diào)制數(shù)據(jù)，從而更輕松地識(shí)別異常之間的關(guān)系。Tektronix 5和6系列MSO示波器的頻譜視圖是內(nèi)置的，硬件集成的實(shí)時(shí)頻譜分析工具，可以補(bǔ)充SignalVu提供同步的時(shí)域和頻域視圖，并通過(guò)每個(gè)通道中的專用數(shù)字下變頻器對(duì)中心頻率，跨度和分辨率帶寬進(jìn)行獨(dú)立控制。自動(dòng)化測(cè)試工作流程: 利用腳本 (例如Python、SCPI命令) 來(lái)自動(dòng)化多域測(cè)量，提高可重復(fù)性和效率。Signalvu-pc包含一個(gè)自動(dòng)化接口 (COM API) 和一個(gè)結(jié)構(gòu)化API生態(tài)系統(tǒng)，可抽象出低級(jí)SCPI命令，從而使自動(dòng)化更快，更不易出錯(cuò)且更具可讀性

挑戰(zhàn)和未來(lái)趨勢(shì)

多個(gè)通道上的跨域分析可能導(dǎo)致非常昂貴且難以設(shè)置的場(chǎng)景，其中不同的昂貴設(shè)備要由熟練的操作員同步。此外，處理來(lái)自多域測(cè)量的數(shù)據(jù)集需要在具有大量計(jì)算資源的外部客戶端上收集數(shù)據(jù)。然而，盡管示波器沒(méi)有提供與RTSA相同的動(dòng)態(tài)范圍，并且可能比RF專用VSA提供更少的分析選項(xiàng)，但它仍然是一個(gè)很大的折衷。在工程師常用的單個(gè)知名儀器中，您可以 “在一個(gè)盒子中” 獲得高級(jí)調(diào)試替代方案。向量分析可以在機(jī)器中進(jìn)行，而不需要向外輸出，也不需要同步多個(gè)單元。

塑造多域信號(hào)分析未來(lái)的趨勢(shì)

-AI和機(jī)器學(xué)習(xí): AI驅(qū)動(dòng)的工具正在集成到RF測(cè)試設(shè)備中，以自動(dòng)化異常檢測(cè)并預(yù)測(cè)跨域的系統(tǒng)行為。

-基于云的測(cè)試: 云平臺(tái)正在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程多域分析，使團(tuán)隊(duì)能夠更有效地協(xié)作和處理數(shù)據(jù)。

更高的頻率: 隨著毫米波和太赫茲系統(tǒng)變得越來(lái)越普遍，多域分析工具正在發(fā)展以支持這些頻段。

-與數(shù)字孿生集成: 多域分析越來(lái)越多地與數(shù)字孿生仿真配對(duì)，以在物理測(cè)試之前驗(yàn)證RF系統(tǒng)。

結(jié)論

多域信號(hào)分析通過(guò)提供全面，高效和準(zhǔn)確的方法來(lái)表征復(fù)雜系統(tǒng)，從而轉(zhuǎn)變了嵌入式RF測(cè)試。通過(guò)利用RTSAs和示波器等工具以及高級(jí)軟件，工程師可以診斷問(wèn)題，確保合規(guī)性，并優(yōu)化跨時(shí)間、頻率和調(diào)制域的性能。隨著射頻系統(tǒng)的不斷發(fā)展，采用多域分析對(duì)于在快節(jié)奏的嵌入式技術(shù)世界中保持領(lǐng)先地位至關(guān)重要。無(wú)論您是在開(kāi)發(fā)5g設(shè)備、汽車(chē)?yán)走_(dá)還是物聯(lián)網(wǎng)模塊，多域信號(hào)分析都是實(shí)現(xiàn)可靠、高性能射頻設(shè)計(jì)的改變者。