什么是RF抗干扰能力的测量技术？

目前，大多数蜂窝电话采用时分多址(TDMA)标准，这种复用技术以217Hz的频率对高频载波进行通/断脉冲调制。容易受到RF干扰的IC会对该载波信号进行解调，再生出217Hz及其谐波成分的信号。由于这些频谱成分的绝大多数都落入音频范围，因此它们会产生令人生厌的“嗡嗡”声。由此可见，RF抗干扰能力较差的电路会对蜂窝电话的RF信号解调，并会产生不希望听到的低频噪音。作为质量保证的测试手段，测量时需要将电路置于RF环境中，该环境要与正常操作时电路的工作环境相当。那么有谁知道，什么是RF抗干扰能力的测量技术吗？

李雪

2019-8-8 15:49:13

本文说明了一种通用的集成电路RF噪声抑制测量技术。RF抗干扰能力测试将电路板置于可控制的RF信号电平下，RF电平代表电路工作时可能受到的干扰强度。从而产生了一个标准化、结构化的测试方法，使用这种方法能够得到在质量分析中可重复的测试结果。这样的测试结果有助于IC选型，从而获得能够抵抗RF噪声的电路。
可以将被测器件(DUT)靠近正在工作的蜂窝电话，以测试其RF敏感度。但是，为了得到一个精确的、具有可重复性的测试结果，需要采用一种固定的测量方法，在可重复的RF场内测试DUT。解决方案是采用RF测试电波暗室，提供一个可精确控制的RF场，相当于典型移动电话所产生的RF场。
RF抗干扰能力测试装置
下面我们对MAX4232双运放和一款竞争产品X的RF抗干扰能力测试结果进行比较。RF抗干扰能力测试电路(图1)给出了待测双运放的电路板连接。每个运算放大器配置成交流放大器。没有交流信号输入时，输出设置在1.5V直流电平(VCC = 3V)。反相输入通过模拟输入端PCB引线的1.5英寸环线短路至地。该环路用来模拟实际的引线效应，实际引线在工作频率下相当于天线，接收、解调RF信号。在输出端连接一个电压表(dBV)，测量、量化运算放大器的RF噪声抑制能力。

图1. MAX4232双运放的RF噪声抑制能力测试电路
Maxim的RF测试装置(图2)产生用于测试RF抗干扰能力的RF场。测试电波暗室具有一个屏蔽室，作用与法拉第腔的屏蔽室类似，具有连接电源和输出监视器的端口。把下面列举的设备连接起来就可以组成测试装置：
• 信号发生器：9kHz至3.3GHz (Rhode & Schwarz SML-03)
• RF功率放大器：800MHz至1GHz，20W (OPHIR 5124)
• 功率计：25MHz至1GHz (Rhode & Schwarz)
• 平行线单元(电波暗室)
• 场强检测仪
• 计算机(PC)
• 电压表(dBV)

图2. RF噪声抑制能力测试装置
信号发生器产生所需频率的RF调制信号，并将其馈送到功率放大器。通过一个与功率计连接的定向耦合器测量并监视功率放大器(PA)输出。计算机通过控制信号发生器输出的频率范围、调制类型、调制百分比以及PA的功率输出建立所需要的RF场。电场通过天线(平面型)在屏蔽电波暗室内辐射，经过精确校准产生均匀、一致的可重复电场。
典型蜂窝电话附近的RF场强近似为60V/m (距离手机天线4cm处)，远离手机后场强降低。在距离手机10cm处，场强降至25V/m。因此在电波暗室内产生一个均匀的60V/m场强，以模拟DUT所处的RF环境(60V/m的辐射强度可以保证被测器件不至于发生电平钳位，避免测量误差)。所采用的射频信号是在800MHz至1GHz蜂窝电话频率范围内变化的RF正弦波，使用1000Hz的音频频率进行调制，调制深度为100%。用217Hz频率调制时可以得到类似结果，但1000Hz是更常用的音频频率，为便于评估，这里选择了1000Hz。通过电波暗室的接入端口为DUT提供电源，并通过接入端口连接电压表，读取dBV值(相对于1V的dB)。通过调整DUT在电波暗室内的位置，并使用场强检测仪可以精确校准RF场。

图3. 使用图2测试装置得到的两个双运放的RF噪声抑制测试结果

张珊珊

2019-8-8 15:49:31

测试结果
两个双运放(MAX4232和竞争产品X)的测试结果如图3所示，测量值为平均输出dBV。RF频率在800MHz至1GHz范围内变化时，在均匀的60V/m电场中，MAX4232的平均输出大约为-66dBV (500µV RMS相对于1V)；竞争产品X的平均输出大约为-18dBV (125mV RMS，相对于1V)。没有RF信号时，电压表的读数为-86dBV。
因此，MAX4232输出的变化量只有-20dB (-86dBV到-66dBV)，即RF干扰导致MAX4232输出从50µV RMS变化到500µV RMS。在RF干扰环境下，MAX4232的变化因子是10。因此可以推断出MAX4232具有出色的RF抗干扰能力(-66dBV)，不会产生明显的输出失真。
而器件X的噪声抑制平均读数仅有-18dBV，这意味着在RF影响下输出变化为125mV RMS (相对于1V)。这个增加值很大，是正常值50µV RMS的2500倍。因此，器件X的RF抗干扰能力很差(-18dBV)，当靠近蜂窝电话或其它RF源时可能无法正常工作。显然，对于音频处理应用如耳机放大器和话筒放大器，MAX4232是一个更好的选择。
总结
总之，为了保证产品在RF环境下的工作质量，RF抗干扰能力的测量是电路板和IC制造商必须考虑的步骤。RF电波暗室测量装置提供了一个既经济、灵活，又精确的RF抗干扰能力测量方法。
作者：Arpit Mehta, 应用工程师，Maxim Integrated

魏紫瑜

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李雪

张珊珊

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