集成電路RF噪聲抑制能力測量

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。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)生了一個標準化、結構化的測試方法，使用這種方法能夠得到在質(zhì)量分析中可重復的有用結果。這樣的測試結果有助于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、具有可重復性的試驗結果，需要采用一個固定的測量方法，在可重復的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，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，產(chǎn)生均勻的、一致的、可重復的電場。

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噪聲抑制測試結果

兩個雙運放(MAX4232和X)的測試結果如圖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。