频谱仪对测试速度的影响
从整个测试流程来看,预扫描和诊断整改都大量使用频谱仪峰值检波进行快速扫描,这两个步骤占据了整个辐射发射测试总时间的60%强,因此选用一台峰值检波扫描快速准确的频谱仪对于改善EMI测试吞吐率很有帮助。下面就对带有峰值检波器的频谱仪的测量速度进一步进行分析。
频谱仪测量信号的一个周期可以大致分成三个阶段,如图所示。首先是扫描/测试阶段,在这个阶段,信号进入频谱仪,频谱仪从起始频率扫描到终止频率对信号进行测量;然后是数据处理阶段,扫描/测试阶段得到的数据在这个阶段被表示成需要的数据格式,这个阶段也包括频谱仪内部器件调谐,为下一次扫描/测试做好准备,以及一些数据运算的开销;最后就是数据传输阶段,即测量得到的数据通过数据接口(LAN、GPIB、USB等)传输到计算机。对于本地测量,一个测量周期只有扫描/测试和数据处理阶段,而对于远程测量,还要包括数据传输阶段。其中,在每一个测量阶段,频谱仪都有很多设置帮助我们优化测量速度,进而改善EMI测试吞吐率。
图1:频谱仪测量信号的过程
频谱仪的扫描/测试
在扫描/测试阶段,频谱仪的很多性能都会直接影响测试速度。以干扰信号的频率读出精度为例,当使用安捷伦PSA高性能频谱仪的Marker功能读取干扰信号的频率时,其读出精度为±(marker frequency×frequency reference accuracy + 0.25%×span + 5%×RBW + 2 Hz + 0.5×horizontal resolution),其中0.25%×span代表与扫宽设置有关的频率精度。早期的频谱仪性能有限,扫宽精度为2%左右,为了提高干扰信号的频率读出精度,需要将测试频段划分为很多个更窄的扫宽,例如10 MHz,然后按照设置在每个窄扫宽内进行扫描,然后将扫描结果拼接起来构成最终的测试结果。这种划分窄扫宽的测试方法虽然提高了频率精度,但是降低了测试速度,例如30 MHz ~ 1 GHz内的辐射发射测试,如果以10 MHz为单位划分就有97个子扫宽,也就意味着频谱仪需要做97次扫描才能得到测试结果。但是如果扫宽精度提高,那么就可以减小分段的个数,从而提高测试速度。例如使用扫宽精度为0.25%的安捷伦PSA频谱仪,为了在相同的测试频段得到相同的频率精度,只需要做13次扫描就可以了,大大提高了测试速度。
除了频率读出精度,频谱仪的很多性能指标都能影响EMI测试吞吐率,例如幅度精度、测量重复性与可靠性等等,如果这些性能指标不好,用户就需要反复测试以确保测试结果可信,降低了测试效率。
图2:传统模拟中频频谱仪结构框图
另外一方面,频谱仪结构的创新也从很多方面改善了测试速度。与传统频谱仪结构(如图所示)不同,安捷伦PSA高性能频谱仪创新地使用了业界领先的全数字中频技术,其原理框图如图所示。射频信号经过混频器进入中频,经过自动幅度调整和高频抖动两个信号调理模块直接被ADC量化为数字信号,传统频谱仪的各个模拟中频信号处理模块,例如RBW滤波器、中频放大器、对数放大器、包络检波器、VBW滤波器等,都直接采用数字ASIC芯片实现,这样的实现方式极大改善了幅度精度(PSA在3 GHz以下的典型幅度精度高达0.19 dB),也间接地改善了频谱仪的测试速度。