確定RF抗干擾能力的測量技術(shù)

引言

目前，大多數(shù)蜂窩電話采用時(shí)分多址(TDMA)標(biāo)準(zhǔn)，這種復(fù)用技術(shù)以217Hz的頻率對(duì)高頻載波進(jìn)行通/斷脈沖調(diào)制。容易受到RF干擾的IC會(huì)對(duì)該載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，再生出217Hz及其諧波成分的信號(hào)。由于這些頻譜成分的絕大多數(shù)都落入音頻范圍，因此它們會(huì)產(chǎn)生令人生厭的“嗡嗡”聲。由此可見，RF抗干擾能力較差的電路會(huì)對(duì)蜂窩電話的RF信號(hào)解調(diào)，并會(huì)產(chǎn)生不希望聽到的低頻噪音。作為質(zhì)量保證的測試手段，測量時(shí)需要將電路置于RF環(huán)境中，該環(huán)境要與正常操作時(shí)電路的工作環(huán)境相當(dāng)。

本文說明了一種通用的集成電路RF噪聲抑制測量技術(shù)。RF抗干擾能力測試將電路板置于可控制的RF信號(hào)電平下，RF電平代表電路工作時(shí)可能受到的干擾強(qiáng)度。從而產(chǎn)生了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化的測試方法，使用這種方法能夠得到在質(zhì)量分析中可重復(fù)的測試結(jié)果。這樣的測試結(jié)果有助于IC選型，從而獲得能夠抵抗RF噪聲的電路。

可以將被測器件(DUT)靠近正在工作的蜂窩電話，以測試其RF敏感度。但是，為了得到一個(gè)精確的、具有可重復(fù)性的測試結(jié)果，需要采用一種固定的測量方法，在可重復(fù)的RF場內(nèi)測試DUT。解決方案是采用RF測試電波暗室，提供一個(gè)可精確控制的RF場，相當(dāng)于典型移動(dòng)電話所產(chǎn)生的RF場。

RF抗干擾能力測試裝置

下面我們對(duì)MAX4232雙運(yùn)放和一款競爭產(chǎn)品X的RF抗干擾能力測試結(jié)果進(jìn)行比較。RF抗干擾能力測試電路(圖1)給出了待測雙運(yùn)放的電路板連接。每個(gè)運(yùn)算放大器配置成交流放大器。沒有交流信號(hào)輸入時(shí)，輸出設(shè)置在1.5V直流電平(VCC = 3V)。反相輸入通過模擬輸入端PC板引線的1.5英寸環(huán)線短路至地。該環(huán)路用來模擬實(shí)際的引線效應(yīng)，實(shí)際引線在工作頻率下相當(dāng)于天線，接收、解調(diào)RF信號(hào)。在輸出端連接一個(gè)電壓表(dBV)，測量、量化運(yùn)算放大器的RF噪聲抑制能力。

圖1. MAX4232雙運(yùn)放的RF噪聲抑制能力測試電路

Maxim的RF測試裝置(圖2)產(chǎn)生用于測試RF抗干擾能力的RF場。測試電波暗室具有一個(gè)屏蔽室，作用與法拉第腔的屏蔽室類似，具有連接電源和輸出監(jiān)視器的端口。把下面列舉的設(shè)備連接起來就可以組成測試裝置：

a.信號(hào)發(fā)生器：9kHz至3.3GHz (Rhode & Schwarz SML-03)

b.RF功率放大器：800MHz至1GHz，20W (OPHIR 5124)

c.功率計(jì)：25MHz至1GHz (Rhode & Schwarz)

d.平行線單元(電波暗室)

e.場強(qiáng)檢測儀

f.計(jì)算機(jī)(PC)

g.電壓表(dBV)

圖2. RF噪聲抑制能力測試裝置

信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生所需頻率的RF調(diào)制信號(hào)，并將其饋送到功率放大器。通過一個(gè)與功率計(jì)連接的定向耦合器測量并監(jiān)視功率放大器(PA)輸出。計(jì)算機(jī)通過控制信號(hào)發(fā)生器輸出的頻率范圍、調(diào)制類型、調(diào)制百分比以及PA的功率輸出建立所需要的RF場。電場通過天線(平面型)在屏蔽電波暗室內(nèi)輻射，經(jīng)過精確校準(zhǔn)產(chǎn)生均勻、一致的可重復(fù)電場。

典型蜂窩電話附近的RF場強(qiáng)近似為60V/m (距離手機(jī)天線4cm處)，遠(yuǎn)離手機(jī)后場強(qiáng)降低。在距離手機(jī)10cm處，場強(qiáng)降至25V/m。因此在電波暗室內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)均勻的60V/m場強(qiáng)，以模擬DUT所處的RF環(huán)境(60V/m的輻射強(qiáng)度可以保證被測器件不至于發(fā)生電平鉗位，避免測量誤差)。所采用的射頻信號(hào)是在800MHz至1GHz蜂窩電話頻率范圍內(nèi)變化的RF正弦波，使用1000Hz的音頻頻率進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制深度為100%。用217Hz頻率調(diào)制時(shí)可以得到類似結(jié)果，但1000Hz是更常用的音頻頻率，為便于評(píng)估，這里選擇了1000Hz。通過電波暗室的接入端口為DUT提供電源，并通過接入端口連接電壓表，讀取dBV值(相對(duì)于1V的dB)。通過調(diào)整DUT在電波暗室內(nèi)的位置，并使用場強(qiáng)檢測儀可以精確校準(zhǔn)RF場。

圖3. 使用圖2測試裝置得到的兩個(gè)雙運(yùn)放的RF噪聲抑制測試結(jié)果

測試結(jié)果

兩個(gè)雙運(yùn)放(MAX4232和競爭產(chǎn)品X)的測試結(jié)果如圖3所示，測量值為平均輸出dBV。RF頻率在800MHz至1GHz范圍內(nèi)變化時(shí)，在均勻的60V/m電場中，MAX4232的平均輸出大約為-66dBV (500µVRMS相對(duì)于1V)；競爭產(chǎn)品X的平均輸出大約為-18dBV (125mVRMS，相對(duì)于1V)。沒有RF信號(hào)時(shí)，電壓表的讀數(shù)為-86dBV。

因此，MAX4232輸出的變化量只有-20dB (-86dBV到-66dBV)，即RF干擾導(dǎo)致MAX4232輸出從50µVRMS變化到500µVRMS。在RF干擾環(huán)境下，MAX4232的變化因子是10。因此可以推斷出MAX4232具有出色的RF抗干擾能力(-66dBV)，不會(huì)產(chǎn)生明顯的輸出失真。
而器件X的噪聲抑制平均讀數(shù)僅有-18dBV，這意味著在RF影響下輸出變化為125mVRMS (相對(duì)于1V)。這個(gè)增加值很大，是正常值50µVRMS的2500倍。因此，器件X的RF抗干擾能力很差(-18dBV)，當(dāng)靠近蜂窩電話或其它RF源時(shí)可能無法正常工作。顯然，對(duì)于音頻處理應(yīng)用如耳機(jī)放大器和話筒放大器，MAX4232是一個(gè)更好的選擇。

總結(jié)

總之，為了保證產(chǎn)品在RF環(huán)境下的工作質(zhì)量，RF抗干擾能力的測量是電路板和IC制造商必須考慮的步驟。RF電波暗室測量裝置提供了一個(gè)既經(jīng)濟(jì)、靈活，又精確的RF抗干擾能力測量方法。