利用電波暗室測量RF噪聲抑制能力

GSM手機(jī)的大量普及導(dǎo)致了不需要的RF信號的持續(xù)增加，如果電子電路沒有足夠的RF抑制能力，這些RF信號會(huì)導(dǎo)致電路產(chǎn)生的結(jié)果失真。為了確保電子電路可靠工作，對于電子電路RF抑制能力的測量已經(jīng)成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文介紹了一種通用的RF抑制能力測量技術(shù)－RF電波暗室測量裝置，描述了它的組成和操作方式，并給出了實(shí)際測量結(jié)果的例子。

現(xiàn)在大多數(shù)蜂窩電話采用的無線技術(shù)是時(shí)分多址(TDMA)，這種復(fù)用技術(shù)以217Hz的頻率對高頻載波進(jìn)行通/斷脈沖調(diào)制。容易受到RF干擾的IC會(huì)對該載波信號進(jìn)行解調(diào)，再生出217Hz及其諧波成分的信號。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)生不想要的聽得見的“嗡嗡”聲。由此可見，RF抑制能力較差的電路會(huì)對蜂窩電話的RF信號解調(diào)，并會(huì)產(chǎn)生不希望聽到的低頻噪音。為了測量產(chǎn)品的質(zhì)量，測試時(shí)需要把電路放在RF環(huán)境中測量，該RF環(huán)境要與正常操作時(shí)電路遇到的環(huán)境相當(dāng)。

本文描述了一種通用的集成電路RF噪聲抑制能力測量技術(shù)。RF抑制能力測試將電路板置于可控制的RF信號電平下，該RF電平代表電路工作時(shí)可能受到的干擾強(qiáng)度。這樣就產(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)的有用結(jié)果。這樣的測試結(jié)果有助于IC選型，從而獲得最能夠抵抗RF噪聲的電路。

可以將被測件(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)性的試驗(yàn)結(jié)果，需要采用一個(gè)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，其相當(dāng)于典型移動(dòng)電話所產(chǎn)生的RF場。

下面，我們對Maxim的一款雙運(yùn)放(MAX4232)和一款競爭產(chǎn)品(X)進(jìn)行RF抑制能力比較測試。

圖1：雙運(yùn)放的RF噪聲抑制能力測量電路(online)

RF抑制測試電路(圖1)給出了連到待測雙運(yùn)放的電路板連接，每個(gè)運(yùn)算放大器被配置成交流放大器，沒有交流輸入時(shí)，輸出設(shè)置在1.5V直流電平(VCC = 3V)。反相輸入通過1.5"環(huán)線(模擬輸入端的PC引線)短路至地，該環(huán)路用來模擬實(shí)際引線的的效應(yīng)，實(shí)際引線在工作頻率下會(huì)作為天線，收集和解調(diào)RF信號。通過在輸出端連接一個(gè)電壓表，測量和量化運(yùn)算放大器的RF噪聲抑制能力。

圖2：RF噪聲抑制能力測量裝置

Maxim的RF測試裝置(圖2)產(chǎn)生RF抑制能力測試所需的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，它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：

1. 信號發(fā)生器:9kHz至3.3GHz(羅德與施瓦茨公司SML-03)
2. RF功率放大器(PA):800MHz至1GHz, 20W(OPHIR 5124)
3. 功率計(jì):25MHz至1GHz(羅德與施瓦茨公司)
4. 平行線單元(電波暗室)
5. 場強(qiáng)檢測儀
6. 計(jì)算機(jī)
7. 電壓表

信號發(fā)生器產(chǎn)生所需要頻率的RF調(diào)制信號，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PA輸出。計(jì)算機(jī)通過控制信號發(fā)生器輸出的頻率范圍、調(diào)制類型、調(diào)制百分比、功放的功率輸出，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)生均勻的、一致的、可重復(fù)的電場。

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)。所采用的射頻信號是在800MHz至1GHz蜂窩電話頻率范圍內(nèi)變化的RF正弦波，使用1kHz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)可以得到相似的結(jié)果，但1kHz是更常用的音頻頻率，為便于*估，這里選擇了1kHz。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測量裝置得到的兩個(gè)雙運(yùn)放的RF噪聲抑制測試結(jié)果

兩個(gè)雙運(yùn)放(MAX4232和X)的測試結(jié)果如圖3所示，測量值為輸出的平均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(500(V RMS相對于1V)；器件X的平均輸出大約為(18dBV(125mV RMS相對于1V)。沒有RF信號時(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50(V RMS變化到500(V RMS，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抑制能力(-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125mV RMS(相對于1V)。這個(gè)增加值很大，是正常值50(V RMS的2500倍。因此，器件X的RF噪聲抑制能力很差(-18dBV)，當(dāng)靠近手機(jī)或其它RF源時(shí)可能無法正常工作。顯然，對于音頻處理應(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。

為了保證產(chǎn)品在RF環(huán)境下的工作質(zhì)量，RF噪聲抑制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抑制能力測量方法。