頻譜儀對測試速度的影響

從整個測試流程來看
，預掃描和診斷整改都大量使用頻譜儀峰值檢波進行快速掃描，這兩個步驟占據了整個輻射發射測試總時間的60%強，因此選用一台峰值檢波掃描快速準確的頻譜儀對於改善EMI測試吞吐率很有幫助。下麵就對帶有峰值檢波器的頻譜儀的測量速度進一步進行分析。

頻譜儀測量信號的一個周期可以大致分成三個階段

，如圖所示。首先是掃描/測試階段，在這個階段，信號進入頻譜儀，頻譜儀從起始頻率掃描到終止頻率對信號進行測量
；然後是數據處理階段，掃描/測試階段得到的數據在這個階段被表示成需要的數據格式，這個階段也包括頻譜儀內部器件調諧
，為下一次掃描/測試做好準備，以及一些數據運算的開銷；最後就是數據傳輸階段
，即測量得到的數據通過數據接口（LAN、GPIB
、USB等）傳輸到計算機。對於本地測量，一個測量周期隻有掃描/ceshiheshujuchulijieduan，erduiyuyuanchengceliang，haiyaobaokuoshujuchuanshujieduan。qizhong，zaimeiyigeceliangjieduan，pinpuyidouyouhenduoshezhibangzhuwomenyouhuaceliangsudu，jinergaishanEMI測試吞吐率。

圖1：頻譜儀測量信號的過程 

頻譜儀的掃描/測試

在掃描/測試階段

，頻譜儀的很多性能都會直接影響測試速度。以幹擾信號的頻率讀出精度為例，當使用安捷倫PSA高性能頻譜儀的Marker功能讀取幹擾信號的頻率時
，其讀出精度為±(marker frequency×frequency reference accuracy + 0.25%×span + 5%×RBW + 2 Hz + 0.5×horizontal resolution)，其中0.25%×span代表與掃寬設置有關的頻率精度。早期的頻譜儀性能有限
，掃寬精度為2%左右，為了提高幹擾信號的頻率讀出精度，需要將測試頻段劃分為很多個更窄的掃寬，例如10 MHz，然ran後hou按an照zhao設she置zhi在zai每mei個ge窄zhai掃sao寬kuan內nei進jin行xing掃sao描miao，然ran後hou將jiang掃sao描miao結jie果guo拚pin接jie起qi來lai構gou成cheng最zui終zhong的de測ce試shi結jie果guo。這zhe種zhong劃hua分fen窄zhai掃sao寬kuan的de測ce試shi方fang法fa雖sui然ran提ti高gao了le頻pin率lv精jing度du
，但dan是shi降jiang低di了le測ce試shi速su度du，例li如ru30 MHz ~ 1 GHz內的輻射發射測試
，如果以10 MHz為單位劃分就有97個子掃寬，也就意味著頻譜儀需要做97次掃描才能得到測試結果。但是如果掃寬精度提高，那麼就可以減小分段的個數，從而提高測試速度。例如使用掃寬精度為0.25%的安捷倫PSA頻譜儀，為了在相同的測試頻段得到相同的頻率精度，隻需要做13次掃描就可以了
，大大提高了測試速度。
  
除了頻率讀出精度，頻譜儀的很多性能指標都能影響EMI測試吞吐率，例如幅度精度、測量重複性與可靠性等等，如果這些性能指標不好，用戶就需要反複測試以確保測試結果可信，降低了測試效率。

圖2：傳統模擬中頻頻譜儀結構框圖

另外一方麵
，頻譜儀結構的創新也從很多方麵改善了測試速度。與傳統頻譜儀結構（如圖所示）不同，安捷倫PSA高(gao)性(xing)能(neng)頻(pin)譜(pu)儀(yi)創(chuang)新(xin)地(di)使(shi)用(yong)了(le)業(ye)界(jie)領(ling)先(xian)的(de)全(quan)數(shu)字(zi)中(zhong)頻(pin)技(ji)術(shu)，其(qi)原(yuan)理(li)框(kuang)圖(tu)如(ru)圖(tu)所(suo)示(shi)。射(she)頻(pin)信(xin)號(hao)經(jing)過(guo)混(hun)頻(pin)器(qi)進(jin)入(ru)中(zhong)頻(pin)，經(jing)過(guo)自(zi)動(dong)幅(fu)度(du)調(tiao)整(zheng)和(he)高(gao)頻(pin)抖(dou)動(dong)兩(liang)個(ge)信(xin)號(hao)調(tiao)理(li)模(mo)塊(kuai)直(zhi)接(jie)被(bei)ADC量化為數字信號，傳統頻譜儀的各個模擬中頻信號處理模塊，例如RBW濾波器、中頻放大器、對數放大器

、包絡檢波器、VBW濾波器等，都直接采用數字ASIC芯片實現
，這樣的實現方式極大改善了幅度精度（PSA在3 GHz以下的典型幅度精度高達0.19 dB），也間接地改善了頻譜儀的測試速度。

圖3：PSA全數字中頻原理框圖

首先是可設置的RBW帶寬個數大大增多。RBW帶寬是頻譜儀中很重要的一個測試參數
，它直接影響到頻譜儀的靈敏度、分辨信號能力和掃描速度。傳統頻譜儀的掃描時間與RBW帶寬設置存在如下關係，掃描時間 = k×掃寬/(RBW帶寬)2

，人為減小掃描時間很可能使RBW濾波器對信號沒有充分響應，造成測得的頻率和幅度漂移，如圖所示。實際測試中，特別是診斷測試中，往往需要靈活設置RBW帶寬折衷掃描速度與靈敏度

、分辨信號能力。傳統模擬中頻的頻譜儀，由於每個RBW帶寬都與一個模擬RBW濾波器對應，改變RBW帶寬實際上是在模擬帶通濾波器之間進行切換，因此可設置的RBW帶寬通常會受到模擬帶通濾波器個數的限製，一般遵從1-3-10步進的規則，從1 Hz到8 MHz隻有15個RBW帶寬可以設置。在使用了全數字中頻之後，PSA中的RBW濾波器全部使用數字ASIC芯片實現
，除了精度得到提高以外，可設置的RBW帶寬也不再受模擬濾波器個數的限製
，PSA的RBW帶寬遵從10%的步進規則，從1 Hz到8 MHz有多達160個RBW帶寬可供選擇，這就極大地方便了診斷測試的靈活性，可以保證在足夠的靈敏度和分辨信號能力的基礎上盡可能縮短掃描時間，提高EMI診斷測試的吞吐率。

圖4：掃描過快導致測量結果不準 

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其次是RBW濾波器的選擇性被大大改善了。安捷倫的頻譜儀使用形狀因子
，即濾波器-60 dB帶寬與-3 dB帶寬之比，來衡量RBW濾波器的選擇性
，這一指標在頻譜儀指標手冊裏都有描述，顯然形狀因子小的RBW濾波器分辨信號的能力更強。對於傳統模擬中頻頻譜儀，由於受模擬濾波器實現的限製
，通常形狀因子為12:1，其濾波器形狀如圖中黑色曲線。使用全數字中頻的PSA，其RBW濾波器的形狀因子為4.1:1，其濾波器形狀如圖中藍色曲線。假設有兩個頻率間隔很小的幹擾信號
，它們幅度差別較大

，如果使用數字RBW濾波器
，則既可以測量到較大的幹擾信號，也可以分辨較小的幹擾信號。如果使用模擬RBW濾波器，由於其形狀因子較大，在大幹擾信號激勵下形成的濾波器裙帶就把小幹擾信號湮沒了，這時隻能通過減小RBW帶寬來試圖分辨小幹擾信號，而減小RBW帶寬會使得頻譜儀的掃描時間成平方關係變長，測試速度大大變慢。

圖5：RBW率濾波器的形狀因子

zuihou，quanshuzizhongpinjishuzuoweiyigedianfuxingdejishu

，shidequanshuzizhongpinpinpuyizaixiangtongdeshezhixiadeceshisudubimonizhongpinpinpuyiyaokuaideduo。xiatushianjielunchuantongmonizhongpin8563E頻譜儀與全數字中頻PSA頻譜儀的測量比較圖，可以看到在相同設置下，PSA的測試時間隻有8563E的一半。

圖6：傳統模擬中頻與數字中頻掃描時間對比 

頻譜儀的數據處理
        
數據處理階段對EMI測試吞吐率的影響不是很大，主要有兩個因素會略微影響到測試速度。首先是掃描數據點數的設置，在掃寬、RBW、VBW設she置zhi完wan全quan相xiang同tong的de情qing況kuang下xia，增zeng加jia數shu據ju點dian數shu會hui增zeng加jia數shu據ju處chu理li開kai銷xiao，輕qing微wei地di降jiang低di了le測ce試shi速su度du，但dan這zhe相xiang對dui於yu頻pin率lv分fen辨bian率lv增zeng加jia來lai說shuo是shi完wan全quan可ke以yi忽hu略lve的de。其qi次ci，在zai遠yuan程cheng測ce量liang的de情qing況kuang下xia選xuan用yong不bu同tong的de數shu據ju格ge式shi也ye會hui影ying響xiang數shu據ju處chu理li開kai銷xiao，下xia圖tu是shiPSA在8192個掃描數據點的情況下使用REAL,64

、REAL,32
、INT,32三種不同的數據格式傳輸數據所需要的時間對比
，橫坐標是對數坐標。從圖中可以看到，由於REAL,64使用64位來表示一個數據點，因此顯然傳輸時間長一些，但在都使用32位表示一個數據點的情況下，REAL,32還是要比INT,32快一些，這是為什麼呢？原來PSA內部表示測量數據的原始格式是REAL,32，如果選用了INT,32
，那麼PSA在數據處理階段需要花費額外的數據處理開銷將REAL,32轉換成INT,32再進行傳輸
，圖中REAL,32與INT,32兩liang種zhong格ge式shi傳chuan輸shu時shi間jian的de差cha別bie就jiu來lai自zi這zhe一yi處chu理li開kai銷xiao。因yin此ci我wo們men在zai開kai發fa軟ruan件jian進jin行xing遠yuan程cheng測ce試shi的de時shi候hou，需xu要yao查zha閱yue頻pin譜pu儀yi的de說shuo明ming手shou冊ce
，選xuan用yong最zui原yuan始shi的de數shu據ju格ge式shi可ke以yi幫bang助zhu縮suo短duan總zong的de測ce試shi時shi間jian，實shi現xian一yi款kuan高gao效xiao的de自zi動dong測ce試shi軟ruan件jian。

圖7：數據處理開銷對測試時間的影響

頻譜儀的數據傳輸
        
在數據傳輸階段

，其傳輸速度取決於需要傳輸的數據量與傳輸所用的數據接口，下圖是PSA使shi用yong不bu同tong的de掃sao描miao點dian數shu以yi及ji不bu同tong的de數shu據ju接jie口kou所suo需xu要yao的de數shu據ju傳chuan輸shu時shi間jian。從cong圖tu中zhong可ke以yi看kan到dao
，掃sao描miao點dian數shu越yue少shao傳chuan輸shu時shi間jian越yue短duan
，數shu據ju接jie口kou速su度du越yue快kuai傳chuan輸shu時shi間jian越yue短duan。PSA後麵板提供了GPIB、LAN、USB2.0三種數據接口
，其中USB2.0數據接口可以大大縮短數據傳輸時間，當數據量巨大的時候
，它對遠程測試速度的改善是顯著的。

圖8：頻譜儀數據接口對測量時間的影響

由上麵的討論可知
，頻譜儀各方麵的功能和性能都會影響EMI測試吞吐率，特別是頻譜儀的實現結構可以在保證測試精度的同時縮短掃描/測試時間，加快預掃描與診斷測試階段的測試速度，進而改善整個EMI測試的吞吐率。