Komplettlösung für RFID-, Basisband- und ZF-Signale

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1 Basisband-Signalanalysator R&S FMU36 Komplettlösung für RFID-, Basisband- und ZF-Signale Der R&S FMU36 eröffnet Entwicklern vielfältige nalysemöglichkeiten, denn er beinhaltet einen FFT-Spektrumanalysator sowie einen Zeitbereichs- und Vektor-Signalanalysator. Für nwendungen wie z.b. RFID, bei denen keine HF zu messen ist, ist er eine preiswerte Lösung für alle Messaufgaben an Basisband- und ZF- Signalen. Vielseitige nwendungsgebiete Der Basisband-Signalanalysator R&S FMU36 (BILD 4) vereint hohe Dynamik bei niedrigen Frequenzen mit großer Demodulationsbandbreite. Durch die Kombination von FFT-nalyse mit Vektor-Signal- und Zeitbereichs-nalyse eignet er sich gleichermaßen für Messungen im Basisband bei Wireless- und Mobilfunkanwendungen (z.b. Chipsatz- Entwicklung), für Messungen an udiosignalen, in der mechanischen Schwingungsanalyse, an DSL-Modems, an ZF- Stufen von Empfängern, an DC-Versorgungen (Störspannung) und in Systemen mit niedrigen Trägerfrequenzen wie RFID (ein Beispiel dazu siehe Kasten auf Seite 47). Höchste Dynamik auch bei niedrigen Frequenzen Bedingt durch die Direktabtastung (ohne ZF-Umsetzung) weist der R&S FMU36 in seinem Frequenzbereich eine einzigartig hohe Dynamik auf. Geringes Rauschen bis DC Unterhalb von MHz ist das Eigenrauschen des R&S FMU36 bis zu 2 db niedriger als bei einem HF-Spektrumanalysator (BILD 2). Damit sind empfindliche Rausch- und Störspannungsmessungen auch ohne zusätzlichen Vorverstärker möglich. Niedriges Phasenrauschen uch beim Phasenrauschen punktet der nalysator klar gegenüber einem HF-Spektrumanalysator (BILD 3). Bei MHz erreicht er in khz bstand 45 dbc ( Hz). Kurze Messzeiten Wegen seiner großen Intermodulationsfestigkeit kann der nalysator hoch ausgesteuert werden und man erreicht so die gewünschte Dynamik mit großen Messbandbreiten. Das wiederum erlaubt kurze Messzeiten. Das Beispiel in BILD zeigt die Messung der eigenen Intermodulation bei,5 MHz und MHz Trägerabstand. Bei einem Span von 4 MHz wird ein Intermodulationsabstand von 9 dbc mit einer Geschwindigkeit von Sweeps/s gemessen. Kurzdaten R&S FMU36 Frequenzbereich uflösebandbreite Pegelmessbereich Linearität Frequenzgang bis 36 MHz Ebenheit der Gruppenlaufzeit CPR bei WCDM 3GPP Grundrauschen S/N Phasenrauschen ( MHz, Offset khz) Impedanz I/Q-Speicher Standard-Firmware DC bis 36 MHz,5 Hz bis 2 MHz bis 25 dbm, db bis 9 dbfs <,3 db typ. ns typ. 73 db typ. 57 dbm ( Hz) typ. 47 dbc ( Hz) typ. 42 dbc ( Hz) 5 Ω / MΩ, umschaltbar 6 Msamples optional bis 75 Msamples FFT-nalysator Vektor-Signalanalyse Hervorragende Demodulationseigenschaften Die Bandbreite von 72 MHz für komplexe Signale (36 MHz im Basisband) deckt sämtliche Mobilfunk- und Wireless-Standards ab und bietet ausreichend Reserve für künftige nforderungen. Die maximale Symbolrate von 25 MHz innerhalb der Vektor-Signalanalyse wird in kommenden Firmware-Versionen auf 5 MHz ausgebaut. 44 Neues von Rohde&Schwarz Heft 93 (27/II)

2 S VG FreqDom - Magnitude Ref dbm tt db *RBW 5 khz SWT 259. µs 2 Marker 3 [T ] dbm MHz TOI 48.8 dbm Marker [T ] 3.98 dbm. MHz Marker 2 [T ] 3.76 dbm MHz Marker 4 [T ] 85.7 dbm 2. MHz UNB B5 Grundrauschen in dbm ( Hz) Frequenz in Hz 6 7 BILD 2 Vergleich des Grundrauschens im R&S FMU36 (orange) mit dem eines HF-Spektrumanalysators (grau) Center.5 MHz 4 khz/ Span 4 MHz BILD TOI-Messung mit Sweeps/s. Phasenrauschen in dbc ( Hz) Offsetfrequenz in Hz BILD 3 Vergleich des Phasenrauschens bei MHz im R&S FMU36 (orange) mit dem eines HF-Spektrumanalysators (grau) / BILD 4 Der R&S FMU36 eröffnet Entwicklern sämtliche nalysemöglichkeiten, denn er beinhaltet einen FFT-Spektrumanalysator sowie einen Zeitbereichs- und Vektor-Signalanalysator. 45 Neues von Rohde&Schwarz Heft 93 (27/II)

3 Der I/Q-Messwertspeicher ist großzügig dimensioniert, so dass auch bei hohen btastraten lange Sequenzen aufgezeichnet werden können. Schon im Grundausbau (6 Msamples) zeichnet der R&S FMU36 bis zu Frames eines WCDM-Signals auf. Der optionale usbau bis 75 Msamples ist möglich, was selbst bei der maximalen btastrate von 8,6 MHz für eine ufzeichnungsdauer von 8,5 s reicht. Flexible Messeingänge Für die optimale npassung an eine Quelle sind die Messeingänge des R&S FMU36 nicht auf die übliche Impedanz von 5 Ω (unsymmetrisch) beschränkt. Basisbandschnittstellen sind in der Regel differenziell und oft nicht mit 5 Ω belastbar. Dem wird der R&S FMU36 mit seinen symmetrischen und auf MΩ umschaltbaren Eingängen gerecht. BILD 6 Das Blockschaltbild des R&S FMU36 mit Option Digital Baseband Interface R&S FSQ-B7 zeigt die wesentlichen Komponenten der analogen und der digitalen Signalverarbeitung. Umfassende Unterstützung von Tastköpfen Für genaue und rückwirkungsfreie Messungen z.b. an Chipsätzen stehen Tastköpfe (Option R&S FMU-Z) zur Verfügung, deren nwendung der nalysator bis hin zur Kalibrierung an der Tastspitze vollständig unterstützt. Ein typischer nwendungsfall ist die Messung auf einer Leiterplatte zwischen Basisbandquelle und I/Q-Modulator, wo meist keine 5-Ω-Messstelle vorhanden ist. Der Eingangswiderstand des R&S FMU36 lässt sich dafür zwar auf MΩ umschalten, aber Messungen über ein Kabel führen zu extremer Fehlanpassung und hohen Messfehlern. bhilfe schaffen hier die bei Oszilloskopen üblichen hochohmigen Tastköpfe (Probes). Die normalerweise damit verbundenen Probleme wie falsche Pegelanzeige oder unbekannter Frequenzgang kennt der R&S FMU36 allerdings nicht: Er identifiziert Probes über deren Widerstandskodierung und berücksichtigt den Teilungsfaktor automatisch in der Pegelanzeige. Er liefert das passende Signal für den bgleich der Tastköpfe. Die optimale Einstellung der Zeitbereichsdarstellung mit Zoom erfolgt automatisch. Probes werden mittels dapter in eine BNC-Buchse gesteckt und auf Knopfdruck misst der nalysator Pegel in db,3,2,,,2, Frequenz in MHz BILD 5 Typischer Frequenzgang mit Tastkopf R&S FMU-Z nach Kalibrierung. Dämpfungsfehler DC-Offset Frequenzgang (Betrag und Phase, BILD 5), kompensiert anschließend die gemessenen Werte auf digitalem Weg und speichert die Kalibrierdaten auf der internen Festplatte. Online-I/Q-Daten Der R&S FMU36 kann reelle (nur I oder Q) oder auch komplexe (I jq) Eingangssignale verarbeiten. ZF- und HF-Signale bis 36 MHz mischt der nalysator mit einem NCO ins komplexe Basisband. Zur Begrenzung der Datenmenge lässt sich die btastrate an die Signalbandbreite anpassen (BILD 6). Die Daten werden im I/Q-Speicher abgelegt und vom Host- Rechner offline verarbeitet. I Q D D H(f) Equalizer H(f) Komplexer Multiplizierer NCO MHz bis ±36 MHz Dezimationsfilter Begrenzungsfilter Resampling I-Speicher 6 Msamples Q-Speicher 6 Msamples Host Interface Host- Rechner I/Q-Daten offline per GPIB od. LN btastrate 8,6 MHz nwenderdefinierbare btastrate 8,6 MHz bis khz R&S FSQ-B7 I/Q DT OUT Online-I/Q-Daten für Echtzeitanwendungen 46 Neues von Rohde&Schwarz Heft 93 (27/II)

4 Für nwender, die Messungen außerhalb der Standards mittels eigener lgorithmen auf einem PC durchführen wollen, stellt der R&S FMU36 die I/Q-Daten über seine IEC-Bus- oder LN-Schnittstelle zur Verfügung. Dabei kann die btastrate von khz bis 8,6 MHz frei gewählt werden. Durch Resampling und Dezimation durch digitale Filter sind die Signale stets aliasing-frei. Für Echtzeitanwendungen lassen sich die I/Q-Daten mit denselben Eigenschaften alternativ auch online über eine LVDS-Schnittstelle (Low Voltage Differential Signalling) ausgeben (Option R&S FSQ-B7). nwendungsbeispiel: Messungen an RFID-Karten Weit verbreitet sind RFID-Smartcards nach ISO4443 mit einer Reichweite von cm, z.b. für usweise. Sie arbeiten bei 3,56 MHz, die geforderten Testmethoden sind in ISO373-6 beschrieben. Zur Messung dient ein sogenannter Messturm mit einer Sendespule und mit zwei Empfangsspulen in Brückenschaltung (BILD 7). Das Entscheidende: n dieser Brücke muss hochohmig gemessen werden eine ufgabe, die wie geschaffen ist für den R&S FMU36. Für die Messung speist der Kartenleser die Sendespule und stimuliert die im Messturm befindliche Karte. Diese antwortet verzögert bei einem Frequenzversatz von ±847 khz. bgestimmt auf die Offsetfrequenz 2,73 MHz misst der R&S FMU36 in der Betriebsart Time Domain Magnitude die ntwortverzögerung (Frame Delay Time, BILD 8) und die Sendeleistung der Karte (Lastmodulation, BILD 9). Diese Messung ist nur möglich, weil der nalysator im Zeitbereich selektiv arbeitet, denn der Kartenleser sendet CW zur Versorgung der Karte auch während diese antwortet. Sendespule zum Kartenleser Lesespule b Lesespule a BILD 7 Der R&S FMU36 in einem RFID-Messaufbau mit Messturm nach ISO Verdrillte Leitungen mit gleicher Länge oder Koaxialkabel unter mm Probe BILD 8 Messung der Frame Delay Time der RFID-Karte. BILD 9 Rechts: ntwort der RFID-Karte (Karte Typ B, BPSK); Pegelmessung in dbmv zwischen den Begrenzungslinien. Links: Der Rest des Signals aus dem Kartenleser (mplitude Shift Keying). TimeDom - Magnitude Ref 9.4 dbm tt db 6 ˆ POS 9.4 dbm 4 S * CLRWR 2 RBW 2 MHz SWT ms Delta [T ] 3.2 db µs Marker [T ] 4.5 dbm µs SGL TRG RM * CLRWR TimeDom - Magnitude Ref (PK) 52 dbmv tt db RBW 3 khz SWT 3.6 ms Marker [T ] 6.5 dbmv µs POWER [T ] RMS dbmv Delta [T ] 2.9 db µs TRG P UNB BM 2 2 P UNB BM 3 2 Center 2.73 MHz µs / 4 T Center 2.73 MHz 36 µs / T 2 47 Neues von Rohde&Schwarz Heft 93 (27/II)

5 In sieben Sekunden kalibriert Die hervorragende Dynamik (BILD ) wird ergänzt durch eine Eigenkalibrierung zur Minimierung der I/Q-Fehler (Impairments). In nur sieben Sekunden werden Gleichlauf der Verstärkung über der Frequenz (Gain Imbalance), Gleichlauf der Phase über der Frequenz (Quadrature Error) und der Nullpunktfehler (Origin Offset) mittels eines Referenzsignals gemessen und digitale Kompensationsfilter berechnet. BILD Dank der Qualität dieser Kalibrierung (BILD ) eignet sich der R&S FMU36 auch für Messungen an hochwertigen Modulationsquellen, z.b. an Vektor-Signalgeneratoren. Die Laufzeitdifferenz zwischen I und Q wird auf typ. ps korrigiert, so dass sich der nalysator auch bestens für Phasendifferenzmessungen eignet. 73 db Dynamik bei CPR-Messung an einem 3GPP-WCDM-Signal. Maßgeschneidert optionierbar Mit zahlreichen maßgeschneiderten Firmware-Optionen deckt der R&S FMU36 den gesamten Wireless- Markt ab: Modulationsmessungen für WiMX, WLN, Bluetooth und analoge Modulation sowie für die CDM-Standards einschließlich Code Domain Power. 3GPP HSDP BTS 3GPP WCDM (FDD) GSM/GPRS/EDGE CDM2 3GPP TD-SCDM WiMX WiMX 82.6e-25 WLN 82.a/b/g/j Bluetooth M- / FM- / ϕm-demodulation Die wichtigsten Hardware-Optionen: Digitales Basisband-Interface für die usgabe der I/Q-Daten in Echtzeit I/Q-Speichererweiterung bis zu 75 Msamples Der R&S FMU36 präsentiert sich also als universelles Messgerät, der an Vielseitigkeit nur schwer zu überbieten ist. Manfred Müller BILD Kleinste I/Q Impairments bei 5 MHz (entspricht einer QPSK mit 2 MHz Symbolrate), gemessen mit der Vektorsignalanalyse im R&S FMU36. Weitere Informationen sowie Datenblatt und Spezifikationen unter (Suchbegriff: FMU) 48 Neues von Rohde&Schwarz Heft 93 (27/II)