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確定RF抗干擾能力的測量技術
摘要：GSM蜂窩電話的隨處可見正導致不需要的RF信號的持續增加，如果電子電路沒有足夠的RF噪聲抑制能力，這些RF信號會導致電路產生的結果失真。因此，為了確保電子電路可靠工作，有必要進行RF抗干擾能力的測試。
引言
目前，大多數蜂窩電話采用時分多址(TDMA)標準，這種復用技術以217Hz的頻率對高頻載波進行通/斷脈沖調制。容易受到RF干擾的IC會對該載波信號進行解調，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都落入音頻范圍，因此它們會產生令人生厭的“嗡嗡”聲。由此可見，RF抗干擾能力較差的電路會對蜂窩電話的RF信號解調，并會產生不希望聽到的低頻噪音。作為質量保證的測試手段，測量時需要將電路置于RF環境中，該環境要與正常操作時電路的工作環境相當。
本文說明了一種通用的集成電路RF噪聲抑制測量技術。RF抗干擾能力測試將電路板置于可控制的RF信號電平下，RF電平代表電路工作時可能受到的干擾強度。從而產生了一個標準化、結構化的測試方法，使用這種方法能夠得到在質量分析中可重復的測試結果。這樣的測試結果有助于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，為了得到一個精確的、具有可重復性的測試結果，需要采用一種固定的測量方法，在可重復的RF場內測試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，相當于典型移動電話所產生的RF場。
RF抗干擾能力測試裝置
下面我們對MAX4232雙運放和一款競爭產品X的RF抗干擾能力測試結果進行比較。RF抗干擾能力測試電路(圖1)給出了待測雙運放的電路板連接。每個運算放大器配置成交流放大器。沒有交流信號輸入時，輸出設置在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英寸環線短路至地。該環路用來模擬實際的引線效應，實際引線在工作頻率下相當于天線，接收、解調RF信號。在輸出端連接一個電壓表(dBV)，測量、量化運算放大器的RF噪聲抑制能力。
圖1. MAX4232雙運放的RF噪聲抑制能力測試電路
Maxim的RF測試裝置(圖2)產生用于測試RF抗干擾能力的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，具有連接電源和輸出監視器的端口。把下面列舉的設備連接起來就可以組成測試裝置：
- 信號發生器：9kHz至3.3GHz (Rhode & Schwarz SML-03)
- RF功率放大器：800MHz至1GHz，20W (OPHIR 5124)
- 功率計：25MHz至1GHz (Rhode & Schwarz)
- 平行線單元(電波暗室)
- 場強檢測儀
- 計算機(PC)
- 電壓表(dBV)
圖2. RF噪聲抑制能力測試裝置
信號發生器產生所需頻率的RF調制信號，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視功率放大器(PA)輸出。計算機通過控制信號發生器輸出的頻率范圍、調制類型、調制百分比以及PA的功率輸出建立所需要的RF場。電場通過天線(平面型)在屏蔽電波暗室內輻射，經過精確校準產生均勻、一致的可重復電場。
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。因此在電波暗室內產生一個均勻的60V/m場強，以模擬DUT所處的RF環境(60V/m的輻射強度可以保證被測器件不至于發生電平鉗位，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變化的RF正弦波，使用1000Hz的音頻頻率進行調制，調制深度為100%。用217Hz頻率調制時可以得到類似結果，但1000Hz是更常用的音頻頻率，為便于評估，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(相對于1V的dB)。通過調整DUT在電波暗室內的位置，并使用場強檢測儀可以精確校準RF場。
圖3. 使用圖2測試裝置得到的兩個雙運放的RF噪聲抑制測試結果
測試結果
兩個雙運放(MAX4232和競爭產品X)的測試結果如圖3所示，測量值為平均輸出dBV。RF頻率在800MHz至1GHz范圍內變化時，在均勻的60V/m電場中，MAX4232的平均輸出大約為-66dBV (500µVRMS相對于1V)；競爭產品X的平均輸出大約為-18dBV (125mVRMS，相對于1V)。沒有RF信號時，電壓表的讀數為-86dBV。
因此，MAX4232輸出的變化量只有-20dB (-86dBV到-66dBV)，即RF干擾導致MAX4232輸出從50µVRMS變化到500µVRMS。在RF干擾環境下，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)，不會產生明顯的輸出失真。
而器件X的噪聲抑制平均讀數僅有-18dBV，這意味著在RF影響下輸出變化為125mVRMS (相對于1V)。這個增加值很大，是正常值50µVRMS的2500倍。因此，器件X的RF抗干擾能力很差(-18dBV)，當靠近蜂窩電話或其它RF源時可能無法正常工作。顯然，對于音頻處理應用如耳機放大器和話筒放大器，MAX4232是一個更好的選擇。
總結
總之，為了保證產品在RF環境下的工作質量，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既經濟、靈活，又精確的RF抗干擾能力測量方法。
工商網監
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