利用电波暗室测试电路的RF噪声抑制

分享到:

GSM手机的随处可见正导致不需要的RF信号的持续增加,如果电子电路没有足够的RF抑制能力,这些RF信号会导致电路产生的结果失真。为了确保电子电路可靠工作,对于电子电路RF抑制能力的测量已经成为产品设计必不可少的一个环节。本文介绍了一种通用的RF抑制能力测量技术-RF电波暗室测量装置,描述了它的组成和操作方式,并给出了实际测量结果的例子。

现在大多数蜂窝电话采用的无线技术是时分多址(TDMA),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,因此它们会产生不想要的听得见的“嗡嗡”声。由此可见,RF抑制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。为了测量产品的质量,测试时需要把电路放在RF环境中测量,该RF环境要与正常操作时电路遇到的环境相当。

本文描述了一种通用的集成电路RF噪声抑制能力测量技术。RF抑制能力测试将电路板置于可控制的RF信号电平下,该RF电平代表电路工作时可能受到的干扰强度。这样就产生了一个标准化、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有用结果。这样的测试结果有助于IC选型,从而获得最能够抵抗RF噪声的电路。

可以将被测件(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、具有可重复性的试验结果,需要采用一个固定的测量方法,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,其相当于典型移动电话所产生的RF场。

下面,我们对Maxim的一款双运放(MAX4232)和一款竞争产品(X)进行RF抑制能力比较测试。


图1:双运放的RF噪声抑制能力测量电路(online)

RF 抑制测试电路(图1)给出了连到待测双运放的电路板连接,每个运算放大器被配置成交流放大器,没有交流输入时,输出设置在1.5V直流电平(VCC = 3V)。反相输入通过1.5"环线(模拟输入端的PC引线)短路至地,该环路用来模拟实际引线的的效应,实际引线在工作频率下会作为天线,收集和解调RF 信号。通过在输出端连接一个电压表,测量和量化运算放大器的RF噪声抑制能力。

 

图2:RF噪声抑制能力测量装置

Maxim的RF测试装置(图2)产生RF抑制能力测试所需的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,它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:

1. 信号发生器:9kHz至3.3GHz(罗德与施瓦茨公司SML-03)

2. RF功率放大器(PA):800MHz至1GHz, 20W(OPHIR 5124)

3. 功率计:25MHz至1GHz(罗德与施瓦茨公司)

4. 平行线单元(电波暗室)

5. 场强检测仪

6. 计算机

7. 电压表

信号发生器产生所需要频率的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、功放的功率输出,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,产生均匀的、一致的、可重复的电场。

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1kHz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相似的结果,但1kHz是更常用的音频频率,为便于*估,这里选择了1kHz。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测量装置得到的两个双运放的 RF噪声抑制测试结果

两个双运放(MAX4232和X)的测试结果如图3所示,测量值为输出的平均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(500(V RMS相对于1V);器件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50(V RMS变化到500(V 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抑制能力(-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50(V RMS的2500倍。因此,器件X的RF噪声抑制能力很差(-18dBV),当靠近手机或其它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。

为了保证产品在RF环境下的工作质量,RF噪声抑制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抑制能力测量方法。

继续阅读
QORVO推出全球首款双频WI-FI 6前端模块

移动应用、基础设施与国防应用中核心技术与RF解决方案的领先供应商Qorvo, Inc.今日宣布,推出全球首款双频 Wi-Fi 6 前端模块(FEM)--- QPF4800。这款新 FEM 非常适合 Wi-Fi 6 用户端设备(CPE),它将提供HD/4K视频所需的性能和物联网(IoT)所需的效率集合在一起。

怎样降低RF设计过程中的信号耦合?

新一轮蓝牙设备、无绳电话和蜂窝电话需求高潮正促使中国电子工程师越来越关注RF电路设计技巧。RF电路板的设计是最令设计工程师感到头疼的部分,如想一次获得成功,仔细规划和注重细节是必须加以高度重视的两大关键设计规则。

详解SDR收发器中的新技术

RF工程常被视为电子领域的黑魔法。它可能是数学和力学的某种奇特组合,有时甚至仅仅是试错。它让许多优秀的工程师不得其解,有些工程师仅了解结果而对细节毫无所知。现有的许多文献往往不建立基本概念,而是直接跳跃到理论和数学解释。

新突破——用软件定义无线电

软件定义无线电(SDR)代表了一种对传统射频(RF)设计技术的突破。原有的传统系统只能提供固定的功能,而且包含的功能也非常有限。通过灵活的RF前端和高性能数字硬件,开发人员可以利用新技术从无线频谱中获取更多容量,并构建高度差异化的系统。

格芯8SW RF SOI技术实现设计中标逾10亿美元,Qorvo芯片功不可没!

移动应用、基础设施与航空航天应用中 RF 解决方案的领先供应商 Qorvo宣布,使用其芯片的格芯公司8SW RF SOI技术平台,在客户端设计中标收入已逾 10 亿美元。采用Qorvo芯片的格芯8SW自 2017 年 9 月推出,针对移动应用优化,其良率与性能均超过客户期望,可帮助设计人员开发适用的解决方案,为当今先进的 4G/LTE 工作频率和未来 6Ghz 以下的 5G 移动和无线通信应用提供极快的下载速度、更高质量的互连和更可靠的数据连接。