デジタル/アナログ/RF 混 在 デバイスの デバッグ 入 門 書
入 門 書 はじめに 従 来 ほとんどのアプリケーションにおける 無 線 デ バイスは 十 分 に 経 験 のあるRF 設 計 エンジニアによっ て 設 計 されてきました アプリケーションによっては 今 でもこれが 当 てはまります しかし 今 ではRF 設 計 の 十 分 な 経 験 がない 設 計 エンジニアでもハード ウェアの 一 部 として 設 計 できる 無 線 モジュールが 数 限 りなくあります これらのモジュールはIoTデバイ ス 普 及 に 貢 献 しています 設 計 するデバイスの 機 能 によっては デジタルとアナログの 回 路 を 含 み 無 線 モジュールが 期 待 通 りに 機 能 することを 確 認 しな ければなりません 一 般 的 なIoT 組 込 みモジュールのブロック 図 と 共 通 の 問 題 点 図 1は 一 般 的 なIoTデ バ イスを 示 しており Wi-Fiモ ジュール DC 電 源 モジュール 独 自 の 機 能 を 実 現 す るためのハードウェアも 含 んでいます 起 こりうる 問 題 点 が 示 されていますが これらの 問 題 は 簡 単 にテ スト デバッグすることができます 次 ページでその 問 題 点 を 確 認 してみましょう >> この 入 門 書 では 設 計 のデバッグに 関 する 問 題 点 に ついて 説 明 します 2020 年 までには50 億 人 以 上 が モノとしては500 億 個 以 上 が 接 続 さ れ る こ と に な る 世 界 経 済 フォーラム 2 jp.tektronix.com/iot
アナログ/デジタル/RFの 設 計 をデバッグする 適 切 なツールをお 持 ちですか? 図 1. IoTデバイスのブロック 図 の 例 jp.tektronix.com/iot 3
入 門 書 無 線 トランスミッタは 数 多 くのテスト 要 件 に 適 合 する 必 要 があります IoTデバイスの 送 信 確 認 デバイスに 電 源 を 入 れ デバイスが 送 信 していることを 確 認 し ます 信 号 が 確 認 できたならば 次 はその 信 号 の 周 波 数 が 予 定 されている 値 になっているか また 信 号 パワー レベルが 正 し いことを 確 認 します そのどれもが 期 待 通 りの 結 果 でない 場 合 は そのデバイスは 正 しく 機 能 していないことになります 最 も 簡 単 なテスト 方 法 は スペクトラム アナライザを 使 用 することです スペクトラム アナライザを 使 用 するこ とで 信 号 の 周 波 数 とパワー レベルが 測 定 できます 当 然 信 号 の 有 無 も 確 認 できます 信 号 からデジタル データを 抽 出 するなど 信 号 をデコー ドする 必 要 があるかもしれません このような 場 合 は ベクトル シグナル アナライザ(VSA)を 使 用 します ( 注 - 市 場 には 数 多 くの 種 類 のVSAがあり テスト 機 能 も 異 なるため 価 格 も 広 範 囲 に 及 びます )? 当 然 無 線 は 必 要 なときにのみ 送 信 されます 先 の 図 で 示 した カスタマ アプリケーション モジュールはデバ イスの 中 枢 部 であり 無 線 を 含 むすべてのモジュールを 制 御 するようにプログラムされています 無 線 が 期 待 通 りに 送 信 されていない 場 合 その 理 由 を 調 べます 正 しくない 制 御 信 号 が 送 信 されたためか? 正 し くないバス コマンドが 送 られたからか? 電 源 に 問 題 があ るのでしょうか? 図 2. テクトロニクスRSA306 型 USBリア ルタイム スペクトラム アナライザ によるIoTデバイスのモニタリング 4 jp.tektronix.com/iot
時 間 ドメイン 周 波 数 ドメイン RF 入 力 4/ SIバス 無 線 テスト モジュール Ch1 電 Ch4 電 C コントローラ RS-232 MC 4 SIバス 無 線 モジュール RF 図 3. ミックスド ドメイン オシロスコープ (MDO)によるRF/アナログ/デジタル チャン ネルの 同 時 測 定 電 源 または バッテリ + + + + テストの 電 源 レュレータ - - - - 設 計 のRF アナログ デジタル 部 のデバッグでは 時 間 ドメイン( 従 来 のオ シロスコープ 機 能 )と 周 波 数 ドメイン( 従 来 のスペクトラム アナライザ 機 能 ) RF 信 号 のeガイド の 両 方 で すべての 信 号 を 同 時 に 取 込 めるオシロスコープがあると 非 常 に 便 使 用 する 信 号 規 格 その 他 有 用 な 情 報 が 用 意 されています 利 です (www.tek.com/document/how-guide/eguide-rf-signals) 最 新 のMDO(ミックスド ドメイン オシロスコープ)には 専 用 のスペクト ラム アナライザ チャンネルがあり これらのすべての 信 号 を 同 時 に 取 込 むことができます すべての 信 号 を 時 間 的 に 相 関 をとることで 問 題 の 相 関 性 がわかります 例 えば 設 計 通 りに 送 信 できない 場 合 は 送 られる 制 御 無 線 機 能 を 搭 載 した 組 込 みシステムの 設 計 と 検 証 のダウン バス コマンドとRF 信 号 を 同 時 にモニタすることで 問 題 だけでなく 実 際 ロード の 原 因 までも 知 ることができます MDOを 使 用 したIoT 無 線 デバイスのデバッグ 方 法 について 説 明 しています ( 注 - 規 制 とコンプライアンス 要 件 など 調 べなければならない 無 線 送 信 問 http://jp.tek.com/document/1126106 題 は 数 多 くあります 詳 細 については Trouble-shooting Radio Links in Unlicensed Frequency Bands( 入 門 書 )をご 覧 ください ) >> jp.tektronix.com/iot 5
入 門 書 IoTデバイスのレシーバ テストには ベクトル シグナル ジェネレータが 必 要 です IoTデバイスの 受 信 機 能 の 確 認 IoT 無 線 モジュールのレシーバが RF 信 号 を 実 際 に 取 込 んでいることをテストする ことも 必 要 になります また 不 要 なRF 信 号 を 除 去 できているかを 確 認 する 必 要 も あります 受 信 感 度 テストはすべての 無 線 レシーバに 共 通 の 要 件 であり デバイスが 正 しい 信 号 を 受 信 し デコードす ることを 確 認 します 多 くの 場 合 まず 妥 当 なパワー レベルの 信 号 を 出 力 し レシーバがその 信 号 を 取 込 み デコードできることを 確 認 します 次 に デバイスが 信 号 を 受 信 デコードできないポイントまで 徐 々にパ ワーを 下 げます 測 定 された 信 号 強 度 がレシーバ 感 度 要 件 より 小 さい 場 合 デバイスは 合 格 となります 適 切 な 無 線 規 格 に 対 応 したRF 信 号 を 生 成 する 最 も 簡 単 な 方 法 は ベクトル 信 号 発 生 器 (VSG)を 使 用 する ことです VSGは 変 調 (デジタル 情 報 を 信 号 に 符 号 化 ) されたRF 信 号 を 出 力 し さまざまな 無 線 信 号 を 生 成 送 信 することができます( 図 4) ( 注 - 市 場 には 数 多 くの 種 類 のVSGがあり テスト 機 能 も 異 なるため 価 格 も 広 範 囲 に 及 びます 高 性 能 機 種 のほとんどの 機 能 は 多 くのIoTタイプのデバイス に は 必 要 あ り ま せ ん ) レシーバが 不 要 なRF 信 号 をブロックしながら 同 時 に 目 的 の 信 号 を 正 しく 受 信 デコードできることを 確 認 する 必 要 もあります このためには 同 じ 仕 様 のもう 1つのデバイスから 別 チャンネルの 信 号 を 出 力 する 必 要 が あ り ま す ( 図 5 を 参 照 ) これを 実 行 するのがレシーバ ブロック テストであ り 2 台 のVSGと1 台 のRFコンバイナが 必 要 になります テクトロニクスのベクトル 信 号 発 生 器 TSG4000シリーズの 詳 細 につ いては 当 社 ウェブ サイト(jp. tektronix.com/rf-vector-signalgenerator)をご 覧 ください 6 jp.tektronix.com/iot
図 4. レシーバ 感 度 テストの ためのセットアップ 図 5. レシーバ ブロック テストのセットアップ + jp.tektronix.com/iot 7
参 考 資 料 > テクトロニクスのスペクトラム アナライザ jp.tek.com/spectrum-analyzer > RSA306 型 USBスペクトラム アナライザの 詳 細 jp.tek.com/spectrum-analyzer/rsa306-0 > TSG4000シリーズ ベクトル 信 号 発 生 器 の 詳 細 jp.tek.com/rf-vector-signal-generator > Bluetoothトランスミッタのテスト www.tek.com/dl/37w-60017-0_bluetooth%2520site%2520sel ler%2520flyer.pdf > MDO4000シリーズの 詳 細 jp.tek.com/oscilloscope/mdo4000-mixed-domain-oscilloscope お 問 い 合 わせ 先 : ASEAN/オーストラリア ニュージーランドと 付 近 の 諸 島 (65) 6356 3900 オーストリア 00800 2255 4835 バルカン 諸 国 イスラエル 南 アフリカ その 他 ISE 諸 国 +41 52 675 3777 ベルギー 00800 2255 4835 ブラジル +55 (11) 3759 7627 カナダ 1 800 833 9200 中 央 / 東 ヨーロッパ バルト 海 諸 国 +41 52 675 3777 中 央 ヨーロッパ/ギリシャ +41 52 675 3777 デンマーク +45 80 88 1401 フィンランド +41 52 675 3777 フランス 00800 2255 4835 ドイツ 00800 2255 4835 香 港 400 820 5835 インド 000 800 650 1835 イタリア 00800 2255 4835 日 本 81 (3) 6714 3010 ルクセンブルク +41 52 675 3777 メキシコ 中 央 / 南 アメリカ カリブ 海 諸 国 52 (55) 56 04 50 90 中 東 アジア 北 アフリカ +41 52 675 3777 オランダ 00800 2255 4835 ノルウェー 800 16098 中 国 400 820 5835 ポーランド +41 52 675 3777 ポルトガル 80 08 12370 韓 国 001 800 8255 2835 ロシア +7 (495) 6647564 南 アフリカ +41 52 675 3777 スペイン 00800 2255 4835 スウェーデン 00800 2255 4835 スイス 00800 2255 4835 台 湾 886 (2) 2656 6688 イギリス アイルランド 00800 2255 4835 アメリカ 1 800 833 9200 2015 年 4 月 現 在 jp.tek.com テクトロニクス/ケースレーインスツルメンツ お 客 様 コールセンター ヨッ! 良 い TEL: 0120-441-046 108-6106 東 京 都 港 区 港 南 2-15-2 品 川 インターシティB 棟 6 階 記 載 内 容 は 予 告 なく 変 更 することがありますので あらかじめご 了 承 ください Copyright 2015, Tektronix. All rights reserved. TEKTRONIX およびTEK はTektronix, Inc. の 登 録 商 標 です 記 載 された 製 品 名 はすべて 各 社 の 商 標 あるいは 登 録 商 標 です 2015 年 12 月 37Z-60216-0 オ シ ロ 電 話 受 付 時 間 / 9:00~12:00 13:00~18:00 ( 土 日 祝 弊 社 休 業 日 を 除 く)