集成電路RF噪聲抑制能力測量技術(shù)
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可能受到的干擾強度。這樣就產(chǎn)生了一個標(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,為了得到一個精確的、具有可重復(fù)性的試驗結(jié)果,需要采用一個固定的測量方法,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,提供一個可精確控制的RF場,其相當(dāng)于典型移動電話所產(chǎn)生的RF場。
下面,我們對Maxim的一款雙運放(MAX4232)和一款競爭產(chǎn)品(X)進行RF抑制能力比較測試。
圖1:雙運放的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放的電路板連接,每個運算放大器被配置成交流放大器,沒有交流輸入時,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)路用來模擬實際引線的的效應(yīng),實際引線在工作頻率下會作為天線,收集和解調(diào)RF信號。通過在輸出端連接一個電壓表,測量和量化運算放大器的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:25MHz至1GHz(羅德與施瓦茨公司)
4. 平行線單元(電波暗室)
5. 場強檢測儀
6. 計算機
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,通過一個與功率計連接的定向耦合器測量并監(jiān)視PA輸出。計算機通過控制信號發(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場強近似為60V/m(距離手機天線4cm處),遠離手機后場強降低。在距離手機10cm處,場強降至25V/m。因此在電波暗室內(nèi)產(chǎn)生一個均勻的60V/m場強,以模擬DUT所處的RF環(huán)境(60V/m的輻射強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的音頻頻率進行調(diào)制,調(diào)制深度為100%。用217Hz頻率調(diào)制時可以得到相似的結(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雙運放的 RF噪聲抑制測試結(jié)果
兩個雙運放(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,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,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)靠近手機或其它RF源時可能無法正常工作。顯然,對于音頻處理應(yīng)用(如耳機放大器和話筒放大器),MAX4232是一個更好的選擇。
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既經(jīng)濟、靈活,又精確的RF抑制能力測量方法。