magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

RS 1Távvezérelt termosztátok, elektromos redőnyve­zérlők, érzékelőktől egészségügyi adatokat fogadó okostelefonok, a tömlőnyomást automatikusan közlő kerekek – a közös bennük a vezetékmentes kommunikáció. Az RF-adatátviteli funkciók vizs­gálatához egyre több mérést kell végezni a frekvenciatartományban.

 

Fokozódó igény a sokoldalú mérőműszerek iránt

A korszerű beágyazott rendszerekbe integrált rádiófrekvenciás adatátviteli alkatrészek egyre több mérést tesznek szükségessé a fejlesztés során. Az analóg és digitális jelek időtartománybeli jellemzése, hibamentesítése mellett egyre nő a spektrumelemzés fontossága is. Nem elég egyszerűen megmérni a kívánt jeleket – észlelni kell az EMI-zavarokat és az általuk okozott hibákat is.
A hatékony fejlesztéshez ma már műszerek sokasága szükséges, többek között oszcilloszkóp, spektrumanalizátor, logikai analizátor, protokollanalizátor és multiméter is. A mérőberendezéseket gyártó vállalatok ezért egyre több egyedi célműszert építenek be általános célú készülékeikbe, egyúttal csökkentve a helyigényt és a beruházási költséget is. Az egyes mérési területek egyedi követelményeihez igazított, egységes grafikus kezelőfelület megkönnyíti a műszerek használatát.
Elsőként a digitális jelanalízist és protokollanalízist integrálták. A Rohde & Schwarz a 2010-ben megjelent R&S®RTO-típuscsalád csúcskategóriás digitális oszcilloszkópjaiban már kínált intelligens, hardver alapú FFT-vel megvalósított spektrumelemzési funkciókat. Ezekkel a képességekkel az R&S®RTM2000 típusú oszcilloszkóp is rendelkezik (1. ábra). Az egyik újdonság a mérőfejekbe vagy az alapműszerbe beépített digitális feszültségmérő.

 

RS 1

1. ábra Spektrumelemzési funkcióval is ellátott, R&S®RTM2000-típusú oszcilloszkóp


Az összetett műszerek akkor a leghasznosabbak, ha az egyes funkcióik egymástól függetlenül konfigurálhatók, ugyanakkor egyidejűleg is használhatók. Például, ha protokollelemzésnél az összes szükséges adatátviteli jel begyűjtéséhez nagyon hosszú mérésadat-gyűjtési ciklus szükséges, csökkenteni kell a mintavételezési frekvenciát (a rendelkezésre álló memória méretétől függően). Ha ugyanakkor a spektrum nagyfrekvenciás jelkomponenseit is részletesen kell tudni elemezni, akkor ez a jelút teljes mintavételi sebességet igényel. Az áramkörök parazita kölcsönhatásait csak párhuzamos és időkorrelált elemzéssel lehet észlelni és megszüntetni. A párhuzamosan használható funkciók nagyfokú rugalmasságot tesznek lehetővé, ezért nem kell kompromisszumokat kötnünk a beállítások terén.

Spektrumanalízis oszcilloszkóppal

Bár egyes olcsóbb oszcilloszkópok is rendelkeznek logikai és protokollanalízis-funkciókkal, csak kevés oszcilloszkóp képes valódi spektrumelemzésre. Spektrumvizsgálatot általában csak a hagyományos, „merev” FFT-művelettel végeztethetünk, amelynél az egyes számítások másodpercekig tartanak. A szokásos FFT-implementációk a spektrumot a teljes jelalakra számítják ki. Mivel az így adódó frekvenciafelbontás és -tartomány ritkán illeszkedik a vizsgált problémához, rá kell nagyítani a spektrum vizsgálandó részére. Számos kényelmes szoftveralkalmazás kapuzással teszi lehetővé a kívánt rész előzetes kiválasztását, de nem a frekvencia-, hanem az időtartományban, amire például kapcsolási folyamatok elemzésénél kell tekintettel lenni. A memória korlátozottsága miatt azonban ezeknél a módszereknél is csökkenteni kell a mintavételi frekvenciát.
Az elemzést további mérőeszközök és megjelenítési opciók is segítik. A spektrumanalízis során maximum-értéktartó, minimum-értéktartó vagy átlagérték-ábrázolással gyorsan azonosíthatjuk a határeseteket. Az automatikus jelcsúcskeresésnél használt jelölők (markerek) megkönnyítik a spektrumelemzést, a spektrogram pedig a spektrum időbeli változásait szemlélteti vagy szórványos zavarjeleket mutat ki, színkódolással megjelenítve az amplitúdóértékeket az idő-, illetve a frekvenciatengely mentén.
Mindezeket a szolgáltatásokat kínálja az R&S®RTM2000-oszcil­loszkóp R&S®RTM-K18-jelű, spektrumelemzési és spektrogramopciója. Különleges belső elrendezése révén külön spektrumelemzési jelutat tartalmaz az A/D-átalakító után, ezért közvetlenül képes elemezni az analóg bemeneti jelek spektrumát, az egyenfeszültségtől a műszer felső határfrekvenciájáig (2. ábra). Kétutas felépítésének köszönhetően kimutathatók például a digitális illesztők adathibái és a spektrális zavarjelek közötti összefüggések. Az R&S®RTM2000 hardveres, digitális lekeverő fokozata (DDC) a spektrumot a ténylegesen vizsgálandó tartományra korlátozza, tehát az elemzés nagy sebességgel elvégezhető. A mérési paraméterek beállításai külön optimalizálhatók az időtartományban (időtartam és felbontás) és a frekvenciatartományban (középponti frekvencia, átfogás és felbontási sávszélesség).

 

RS 2

2. ábra A két jelutas felépítés egyidejű méréseket, valamint az idő- és frekvenciatartománybeli elemzés paramétereinek független beállítását teszi lehetővé

Példa: kapcsolóüzemű tápegység EMI-zavarjeleinek behatárolása

A R&S®RTM-K18-jelű opció mérőeszközeivel hatékonyan elemezhetjük az elektromágneses zavarjelek egyik elsődleges forrását: a mindenütt megtalálható kapcsolóüzemű tápegységet és vezetékeit. Ezek a komponensek általában jóval 20 MHz alatti frekvenciájú zavarjeleket keltenek, míg a legtöbb EMC- szabvány szerint a vezetett zavarok vizsgálatának felső korlátja 30 MHz, a sugárzottaké pedig 1 GHz. Bár ezeket a méréseket – különösen távoltéri mérések esetén – általában szaklaboratóriumokban végzik, az R&S®RTM-K18-jelű opcióval és megfelelő közeltéri mérőfejekkel egyes vezetékek vagy alkatrészek fejlesztés közben is vizsgálhatók, és ezzel gyorsan azonosíthatjuk és elháríthatjuk a tervezési problémákat.

 

RS 3

3. ábra Az oszcilloszkóp R&S®RT-HZ15-jelű, közeltéri mérőfejkészletével elemezhetők az egyes tápvonalak és alkatrészek tere


A spektrumanalízist egyetlen gombnyomással is elindíthatjuk, igény szerint beállítva a képernyőt. A 4. ábrán az időtartománybeli nézet le van tiltva, mert itt csak a frekvenciaspektrumok érdekesek. A pillanatnyi spektrum alul látható, a képernyő felső része pedig az időben egymás után következő egyedi spektrumképeket sávonként mutatja. A kapcsolóüzemű tápegység különböző üzemállapotai világosan felismerhetők. A példa azt szemlélteti, hogy a kapcsolóüzemű tápegység terhelésétől függetlenül több, egymástól független zavarjel lép fel. A jelölők és a képernyő alsó részén látható maximumérték-tartással felvett (kék) görbe alapján gyorsan meghatározhatjuk a zavaró frekvenciákat. A közeltéri mérőfejekkel végzett elemzés segítségével a zavarjelforrás helye is behatárolható, a probléma ez esetben árnyékolással vagy alkatrészcserével kielégítően megoldható.

 

RS 4

4. ábra Kapcsolóüzemű tápegység emissziós profiljának elemzése az R&S®RTM-K18-jelű spektrumelemzési és spektrogramopcióval. A spek­trogram (fent) világosan mutatja a különböző terhelési állapotokat. A spektrumablakban (lent) valamennyi terhelési állapothoz tartozó, maximumérték-tartással összesített görbe látható

Példa: feszültségvezérelt oszcillátor elemzése

Egy soros protokollokkal vezérelhető feszültségvezérelt oszcillátor (VCO) kapcsolási viselkedésének analízise bonyolultabb feladat. Az 5. ábra szerinti példában a VCO ciklikusan kapcsol három állapot között. Az elemzendő események kiválasztásához a protokoll indítójelét arra a parancsra állítjuk, amely beállítja a frekvenciát („Data: 01 h” a képernyő felső részén). Az időtartománybeli jel megadott szegmenseire korlátozott spektrumanalízissel könnyen elemezhetjük a kapcsolás előtti, közbeni és utáni állapotot. A példában az elemzett időszakasz röviddel az egyes kapcsolások utánra van beállítva, amint azt a képernyő felső részén látható két függőleges vonal jelzi. Az állapotok közötti kapcsolás legjobban a spektrogramon vehető észre (a képernyő közepén). A példában az elemzett oszcillátor helytelen módon többször is ugyanarra a frekvenciára van beállítva, ezért ugyan­azok a vonalak többször ismétlődnek a spektrogramban. A frekvencia-átkapcsolások közötti mért időintervallum azt jelzi, hogy az alapprobléma a vezérlőben van. Az esetleges kieső értékek világosan látszanának a spektrogramon, amely alapján könnyű lenne azokat behatárolni és elemezni. Ha engedélyezzük az R&S®RTM-K15-jelű, „Előzmények” és „Szegmentált memória” nevű opciót, a 460 millió mintát tárolni képes memóriából betölthetjük a hibás jelgörbét és spektrumát (lásd a képernyő alján), amelyeket tovább analizálhatunk az oszcilloszkóp elemzési eszközeivel.

 

RS 5

5. ábra Feszültségvezérelt oszcillátor hibás frekvenciakapcsolási visel­kedésének elemzése. A képernyő felső részén az analóg, a digitális és a dekódolt soros busz jelei, valamint a feszültség digitális feszültségmérővel felvett értéke látható. A képernyő alsó része a pillanatnyi spektrumot mutatja, amplitúdó szerinti színkódolással. A képernyő közepén látható spektrogramon többször megjelenő vonalak a hibás frekvenciakapcsolást jelzik

 

SB Controls cikk ME 2015 10 51

6. ábra Az R&S®RTM-K18-jelű opció főbb jellemzői

Összefoglalás

A R&S®RTM2000 típusú oszcilloszkópba beépített, időkorrelált spektrumelemzési funkció újabb fontos elemzési eszköz a fejlesztők kezében, és további előrelépést jelent a mérőeszközök integrációja terén. A R&S®RTM2000 egyesíti az oszcilloszkópok képességeit a spektrumanalizátorok, a protokollanalizátorok és a digitális multiméterek funkcióival. Segítségével az összetett, rádiófrekvenciás kommunikációs egységekkel rendelkező beágyazott rendszerek fejlesztői is gyakran, különleges berendezések nélkül is gyorsan, szisztematikusan elérhetik céljaikat. A problémás alkatrészek helyének pontos meghatározását lehetővé tevő, közeltéri mérőfejekkel végzett előzetes EMI-vizsgálatok révén a fejlesztési idő is lerövidíthető.

 

Szerző: Dr. Philipp Weigell – Rohde & Schwarz

 

Rohde & Schwarz Budapesti Iroda
1138 Budapest, Madarász Viktor u. 47-49.
Tel.: +36 1 412 4460, fax: +36 1 412 4461
E-mail: RS-Hungary@rohde-schwarz.com
www.rohde-schwarz.hu

Még több Rohde & Schwarz

 

Címkék: digitális oszcilloszkóp | spektrumanalízis | opció | frekvenciatartomány