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[導(dǎo)讀]本文以輻射發(fā)射測試為例,在分析了測試流程的基礎(chǔ)上,詳細(xì)討論了頻譜儀對EMI測試速度的影響。選擇合適的頻譜儀,不僅可以提高測試精度,增強(qiáng)對測試結(jié)果的信心,而且可以改善EMI測試吞吐率。 頻譜儀對測試速度的影響從整個(gè)測試流程來看,預(yù)掃描和診斷整改都大量使用頻譜儀峰值檢波進(jìn)行快速掃描,這兩個(gè)步驟占據(jù)了整個(gè)

本文以輻射發(fā)射測試為例,在分析了測試流程的基礎(chǔ)上,詳細(xì)討論了頻譜儀對EMI測試速度的影響。選擇合適的頻譜儀,不僅可以提高測試精度,增強(qiáng)對測試結(jié)果的信心,而且可以改善EMI測試吞吐率。

頻譜儀對測試速度的影響

從整個(gè)測試流程來看,預(yù)掃描和診斷整改都大量使用頻譜儀峰值檢波進(jìn)行快速掃描,這兩個(gè)步驟占據(jù)了整個(gè)輻射發(fā)射測試總時(shí)間的60%強(qiáng),因此選用一臺(tái)峰值檢波掃描快速準(zhǔn)確的頻譜儀對于改善EMI測試吞吐率很有幫助。下面就對帶有峰值檢波器的頻譜儀的測量速度進(jìn)一步進(jìn)行分析。

頻譜儀測量信號的一個(gè)周期可以大致分成三個(gè)階段,如圖所示。首先是掃描/測試階段,在這個(gè)階段,信號進(jìn)入頻譜儀,頻譜儀從起始頻率掃描到終止頻率對信號進(jìn)行測量;然后是數(shù)據(jù)處理階段,掃描/測試階段得到的數(shù)據(jù)在這個(gè)階段被表示成需要的數(shù)據(jù)格式,這個(gè)階段也包括頻譜儀內(nèi)部器件調(diào)諧,為下一次掃描/測試做好準(zhǔn)備,以及一些數(shù)據(jù)運(yùn)算的開銷;最后就是數(shù)據(jù)傳輸階段,即測量得到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接口(LAN、GPIB、USB等)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。對于本地測量,一個(gè)測量周期只有掃描/測試和數(shù)據(jù)處理階段,而對于遠(yuǎn)程測量,還要包括數(shù)據(jù)傳輸階段。其中,在每一個(gè)測量階段,頻譜儀都有很多設(shè)置幫助我們優(yōu)化測量速度,進(jìn)而改善EMI測試吞吐率。


圖1:頻譜儀測量信號的過程 

頻譜儀的掃描/測試

在掃描/測試階段,頻譜儀的很多性能都會(huì)直接影響測試速度。以干擾信號的頻率讀出精度為例,當(dāng)使用安捷倫PSA高性能頻譜儀的Marker功能讀取干擾信號的頻率時(shí),其讀出精度為±(marker frequency×frequency reference accuracy + 0.25%×span + 5%×RBW + 2 Hz + 0.5×horizontal resolution),其中0.25%×span代表與掃寬設(shè)置有關(guān)的頻率精度。早期的頻譜儀性能有限,掃寬精度為2%左右,為了提高干擾信號的頻率讀出精度,需要將測試頻段劃分為很多個(gè)更窄的掃寬,例如10 MHz,然后按照設(shè)置在每個(gè)窄掃寬內(nèi)進(jìn)行掃描,然后將掃描結(jié)果拼接起來構(gòu)成最終的測試結(jié)果。這種劃分窄掃寬的測試方法雖然提高了頻率精度,但是降低了測試速度,例如30 MHz ~ 1 GHz內(nèi)的輻射發(fā)射測試,如果以10 MHz為單位劃分就有97個(gè)子掃寬,也就意味著頻譜儀需要做97次掃描才能得到測試結(jié)果。但是如果掃寬精度提高,那么就可以減小分段的個(gè)數(shù),從而提高測試速度。例如使用掃寬精度為0.25%的安捷倫PSA頻譜儀,為了在相同的測試頻段得到相同的頻率精度,只需要做13次掃描就可以了,大大提高了測試速度。
  
除了頻率讀出精度,頻譜儀的很多性能指標(biāo)都能影響EMI測試吞吐率,例如幅度精度、測量重復(fù)性與可靠性等等,如果這些性能指標(biāo)不好,用戶就需要反復(fù)測試以確保測試結(jié)果可信,降低了測試效率。


圖2:傳統(tǒng)模擬中頻頻譜儀結(jié)構(gòu)框圖

另外一方面,頻譜儀結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新也從很多方面改善了測試速度。與傳統(tǒng)頻譜儀結(jié)構(gòu)(如圖所示)不同,安捷倫PSA高性能頻譜儀創(chuàng)新地使用了業(yè)界領(lǐng)先的全數(shù)字中頻技術(shù),其原理框圖如圖所示。射頻信號經(jīng)過混頻器進(jìn)入中頻,經(jīng)過自動(dòng)幅度調(diào)整和高頻抖動(dòng)兩個(gè)信號調(diào)理模塊直接被ADC量化為數(shù)字信號,傳統(tǒng)頻譜儀的各個(gè)模擬中頻信號處理模塊,例如RBW濾波器、中頻放大器、對數(shù)放大器、包絡(luò)檢波器、VBW濾波器等,都直接采用數(shù)字ASIC芯片實(shí)現(xiàn),這樣的實(shí)現(xiàn)方式極大改善了幅度精度(PSA在3 GHz以下的典型幅度精度高達(dá)0.19 dB),也間接地改善了頻譜儀的測試速度。


圖3:PSA全數(shù)字中頻原理框圖

首先是可設(shè)置的RBW帶寬個(gè)數(shù)大大增多。RBW帶寬是頻譜儀中很重要的一個(gè)測試參數(shù),它直接影響到頻譜儀的靈敏度、分辨信號能力和掃描速度。傳統(tǒng)頻譜儀的掃描時(shí)間與RBW帶寬設(shè)置存在如下關(guān)系,掃描時(shí)間 = k×掃寬/(RBW帶寬)2,人為減小掃描時(shí)間很可能使RBW濾波器對信號沒有充分響應(yīng),造成測得的頻率和幅度漂移,如圖所示。實(shí)際測試中,特別是診斷測試中,往往需要靈活設(shè)置RBW帶寬折衷掃描速度與靈敏度、分辨信號能力。傳統(tǒng)模擬中頻的頻譜儀,由于每個(gè)RBW帶寬都與一個(gè)模擬RBW濾波器對應(yīng),改變RBW帶寬實(shí)際上是在模擬帶通濾波器之間進(jìn)行切換,因此可設(shè)置的RBW帶寬通常會(huì)受到模擬帶通濾波器個(gè)數(shù)的限制,一般遵從1-3-10步進(jìn)的規(guī)則,從1 Hz到8 MHz只有15個(gè)RBW帶寬可以設(shè)置。在使用了全數(shù)字中頻之后,PSA中的RBW濾波器全部使用數(shù)字ASIC芯片實(shí)現(xiàn),除了精度得到提高以外,可設(shè)置的RBW帶寬也不再受模擬濾波器個(gè)數(shù)的限制,PSA的RBW帶寬遵從10%的步進(jìn)規(guī)則,從1 Hz到8 MHz有多達(dá)160個(gè)RBW帶寬可供選擇,這就極大地方便了診斷測試的靈活性,可以保證在足夠的靈敏度和分辨信號能力的基礎(chǔ)上盡可能縮短掃描時(shí)間,提高EMI診斷測試的吞吐率。


圖4:掃描過快導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn) 

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