Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Polowanie na źródła szumu w radiowych systemach embedded

ghost666 14 Gru 2015 16:06 1974 0
  • Polowanie na źródła szumu w radiowych systemach embedded
    Dodając systemy komunikacji bezprzewodowej do systemów typu embedded, inżynierowie projektujący tego rodzaju układy stają przed różnymi wyzwaniami. W aplikacjach, które są zasilane z baterii, zazwyczaj towarzyszy jej przetwornica, gwarantująca wysoką wydajność przy niskim koszcie całego systemu. Jednakże, w wielu przypadkach, jej wielkość także może być problemem. W takich sytuacjach chętnie stosuje się przetwornice o bardzo wysokiej częstotliwości pracy, co pozwala zmniejszyć wielkość indukcyjności i pojemności potrzebnych do pracy układu i filtrowania napięcia wyjściowego. Niestety, stosowanie tak wysokiej częstotliwości przełączania ma swoje wady - zakłócenia o częstotliwości równej częstotliwości pracy przetwornicy przenikają do napięcia zasilającego, pomimo jego filtracji i mogą zakłócać pracę nadajników RF bądź wręcz być widoczne w widmie sygnału wyjściowego, za układem RF, szczególnie przy dużym poborze prądu z zasilacza lub przy mocno rozładowanej baterii.

    Aby uniknąć tego rodzaju nieprzyjemności konieczne może być dodatkowe filtrowanie napięcia zasilającego pod kątem sygnałów o częstotliwości radiowej, nawet jeżeli zwiększa to koszt lub wielkość projektowanego systemu. Konfiguracja sprzętowa i programowa układów radiowych w systemie ma ogromny wpływ na jakość nadawanego sygnału. Jeśli układy wyjściowe nie są odpowiednio zestawione i zaprogramowane, transmisja radiowa może nie tylko nie działać poprawnie, ale także zakłócać inne systemy i/lub uniemożliwić urządzeniu przejście przez stosowne testy, dotyczące emisji promieniowania elektromagnetycznego. Niektóre urządzenia wymagać będą dodawania różnego rodzaju drogich filtrów, aby wytłumić niepożądane składowe w sygnale nadawanym przez układy RF w systemie.

    Przykładowa aplikacja: System embedded zasilany z pomocą przetwornicy impulsowej z bezprzewodowym układem komunikacji.

    Aby zaprezentować na przykładzie, w jaki sposób znajdować i eliminować można źródła szumu z układów, wykorzystamy moduł komunikacji radiowej MRF89XM8A. Jest to produkowany przez firmę Microchip Technologies moduł komunikacyjny zawierający w sobie radiowy układ scalony MRF89XA, filtr analogowy oraz układ dopasowania anteny. Dla celów demonstracyjnych moduł zamontowano na płytce ewaluacyjnej Explorer 16, która umożliwia kontrolę modułu radiowego z poziomu komputera PC. Do zasilania systemu wykorzystano przetwornicę MCP1640 na płytce ewaluacyjnej MCP1640EV. Wykorzystanie takiego układu pozwala nam dosyć dobrze zasymulować zasilanie z przetwornicy impulsowej i baterii.





    Częstotliwość przełączania w układzie MCP1640 wynosi około 500 kHz i jest to typowa wartość dla tej klasy układów. Stabilizuje on napięcie 3,3 V, zasilające moduł radiowy z napięcia wejściowego 0,8 V lub więcej. Dzięki zastosowaniu takiego układu system zasilać można już z pojedynczego ogniwa, co ma istotny wpływ na wielkość gotowego urządzenia. Do testowania opisanego systemu wykorzystano urządzenie wielofunkcyjne z serii MDO4000 firmy Tektronix. Jest to oscyloskop pracujący z sygnałami analogowymi i cyfrowymi, mający możliwość daleko idącej analizy sygnałów. Dodatkowo urządzenia z serii TDO4000 mogą równocześnie wyświetlać różne sygnały: do 4 sygnałów analogowych, 16 przebiegów cyfrowych, do 4 sygnałów zdekodowanych z przebiegów cyfrowych - szeregowych lub równoległych oraz pojedynczy sygnał radiowy. Wszystkie te sygnały są ze sobą skorelowane w czasie i pozwalają na analizowanie wzajemnych powiązań. Na rysunku powyżej zaprezentowano wykorzystany w przykładzie układ pomiarowy.

    Identyfikacja źródeł szumu

    Dla porównania najpierw zmierzono widmo sygnału radiowego, centrowanego na 868 MHz, z niewielką prędkością przesyłu danych - 2 kbps z modulacją FSK. Wyniki pomiarów zaprezentowano na rysunku 1. Warto zwrócić uwagę, że oscyloskop na swoim wyświetlaczu prezentuje dane jednocześnie w przestrzeni czasu jak i częstotliwości, pokazując na obu wykresach zależności czasowe pomiędzy sygnałami. Dolna część wyświetlacza pokazuje sygnały w przestrzenie częstotliwości - widmo sygnału RF, w tym przypadku sygnału na wyjściu z nadajnika. U góry wyświetlacza pokazane są klasyczne przebiegi oscyloskopowe, czyli w domenie czasu. Widmo sygnału radiowego wyznaczone jest dla momentu oznaczonego na górnym przebiegu pomarańczową ramką.

    Polowanie na źródła szumu w radiowych systemach embedded
    Rysunek 1. Równoczesna analiza sygnałów w domenie czasu i częstotliwości,


    Jako że skala pozioma na wykresie czasoworozdzielczym jest niezależna od czasu potrzebnego na obliczenie szybkiej transformatory Fouriera (FFT) dla widma, ważne jest, aby widmo reprezentowało wybrany w czasie moment, aby móc skorelować widmo sygnału RF z pozostałymi przebiegami. Unikalna architektura urządzeń z serii MDO4000 pozwala na niezależne, skorelowane w czasie akwizycje wszystkich sygnałów (cyfrowych, analogowych i RF). Każde z wejść posiada własną pamięć i zależne jest od skali czasowej przebiegu. Umożliwia to dowolne przemieszczanie okna akwizycji widma po przebiegu w funkcji czasu. Pokazano to na rysunku 2a.

    Polowanie na źródła szumu w radiowych systemach embedded Polowanie na źródła szumu w radiowych systemach embedded
    Rysunek 2. (a, po lewej) Pomiary widma w czasie transmisji poszczególnych symboli z preambuły pakietu, podczas gdy układ zasilany jest z zasilacza warsztatowego. (b, po prawej) Widmo podczas transmisji danych pakietu. Pomiary częstotliwości w funkcji czasu pokazują, że pomiar widma dokonany został głównie w czasie załączania transmisji.


    Wykorzystując urządzenia z serii MDO4000 okno akwizycji widma może być płynnie przesuwane, aby sprawdzać, jak widmo sygnału RF zmienia się w funkcji czasu. Na rysunku 2a zaprezentowano widmo z oknem czasowym umieszczonym w czasie transmisji symboli preambuły pakietu. Czas akwizycji widma zależny jest od oczekiwanej od widma rozdzielczości w pasmie (RBW). Czas akwizycji widma równy jest Współczynnikowi Kształtowania Okna podzielonemu przez RBW, w przypadku wykorzystania okna domyślnego - typu Kaisera - współczynnik ten wynosi 2,23, więc czas pomiaru, dla rozdzielczości równej 220 Hz wynosi 2,23/220 Hz - około 10 ms. Modulacja FSK sprawia, że tylko jedna z częstotliwości sygnału RF jest aktywna w danym momencie. Aby poznać całkowite zajmowane przez transmisję pasmo i móc wyznaczyć całkowitą moc sygnału, dla preambuły zastosowano dłuższy czas akwizycji niż wyznaczony z powyższego równania.

    Aby móc obserwować pakiety transmisji radiowe, na wyświetlaczu oscyloskopu widoczny jest przebieg RF w funkcji czasu. Pomarańczowa linia oznaczona "A" reprezentuje amplitudę sygnału w funkcji czasu, a pomarańczowa linia oznaczona "f" reprezentuje częstotliwość sygnału RF w funkcji czasu (względem środkowej częstotliwości widma). Zielona linia (kanał 4) pokazuje prąd, jaki dostarczany jest w danym momencie do testowanego modułu.

    Jak widać na rysunku 2 - prąd narasta od niemalże zera pomiędzy pakietami do około 40 mA w czasie transmisji. Żółty przebieg (kanał 1) pokazuje zakłócenia pochodzące z zasilacza (sygnał ze sprzężeniem AC). Jak łatwo zauważyć, w napięciu jest tylko jeden niewielki zapad podczas transmisji. Przebiegi pokazane na rysunku 2b pokazują ten sam zestaw sygnałów zebrany podczas transmisji pakietów. Jak warto zauważyć, największa część energii jest w dolnej części widma. W obu pokazanych powyżej przypadkach moduł zasilany był z zasilacza warsztatowego.

    Osoby głębiej zainteresowane tematem mogą pobrać cały podręcznik, dotyczący poszukiwania źródeł szumu w systemach z transmisją bezprzewodową (w języku angielskim) stąd.

    Źródło: http://info.tek.com/1511-EN-TEK-MAINSTREAM-Turbocharge2-Oscilloscopes_LP-Email-3.html?mkt_tok=3RkMMJWWfF9wsRolsqjPe%2B%2FhmjTEU5z14%2B0oXKSwlMI%2F0ER3fOvrPUfGjI4CTsRqM6%2BTFAwTG5toziV8R7XNKM13yt0QUxXi


    Fajne!