模拟与数字电路的非线性对RF场高敏感度的影响

即便电子电路对场强的变化具有线性响应，测试的可重复性仍然已经会是一个相当严重的问题，更何况它们的响应是非线性的。因此即便场强具有很小的变化或EUT和它的电缆的设置稍有不同都有可能从顺利完成测试变成测试的彻底失败。

在本书第1篇第1章的1.2.2节中我们曾经指出，所有的半导体（元器件）都会不可避免的对无线电频率解调。不论它们是模拟元器件还是数字元器件，也不论它们的功能是什么（甚至是低速运算放大器）。就这一点而言，所有的半导体都像是一台矿石收音机中的RF检波器。它们会对来自天线的，伴随RF信号的任何信息进行解调。

首先要调查的是一个电路对变化RF场的幅度响应（通过假定EUT装置和它的电缆没有变化来忽略它们的天线）。我们发现RF场的变化与模拟电路的典型解调响应之间服从平方律的关系（有时称为二乘法关系）。举例来讲，将场强增加6dB经常会引起的信号误差为12dB。因此场强分布的很小改变，以及/或电缆数目及布局很小变化也会引起EUT响应出现很大的不同。假如一个EUT它的性能指标要求它的某个模拟功能是6dB，并据此它也以很宽的宽余量通过了测试。但假如在它的某个电缆附近的场强具有5dB的增量的话，就很有可能造成信号误差达10dB，从而使该模拟功能超过它的性能指标达4dB。换句话讲，假如部分EUT或它的电缆暴露在比性能标准低4dB的场强中，一个3dB的场强增量可能由于具有5dB宽余量的存在而通过测试。

在数字系统中，当场强变化时，数字信号中可能表现出更大的功能性差异。在数字IC中的半导体正如在模拟电路中的一样也会以平方律的方式对RF进行解调。但由于数字电路会无视低于它们逻辑阀值的噪声，所以，即便来自RF场的干扰电平仅比逻辑电路阀值低几个毫伏（mV）。也仍可以使一个产品通过辐射测试。一个很小的RF场强的增加（比如说仅为1dB）就可以造成数字电路的误动作，并引起许多电路出现致命的错误和软件设计的失败。而另一方面，只要在产品或它的电缆附近场强稍微有所减弱（比如说-1dB）就可以使测试的失败转变成顺利通过。

对大多数数字电路的应用中，人们并不充分了解（或根本就不了解）也不关心它们的内部设计技术规范。比如很可能它们赖以运行的软件指令的内部噪声电平（即由于地反弹）已经非常接近于逻辑阀值。因此不需要太大的，来自解调的噪声就可以把干扰提升到阀值以上。从而引起错误逻辑状态的出现。数字电路的逻辑错误往往起源于软件和使用环境中场的干扰，从而使它们看起来似乎是随机事件。这也同时使得对这类逻辑错误的诊断和修复变得非常困难。

许多现代数字IC和通信设备都设计在非常低的工作电压下运行（比如说仅为1.8V），并且信号摆幅也都很低[比如低电压信号传输系统（LVDS）]。这些类型的数字电路的逻辑阀值通常仅为几百个毫伏（mV），这使得它们与它们所替代的5V逻辑电路相比抗干扰能力要脆弱得多。

图4-4-4显示了一个典型的6dB场强的增加对模拟电路和数字电路（其他所有方面都相同）的影响。

图4-4-4 电路对RF场强的敏感例子

现在我们需要调查研究的是RF信号是通过什么机理馈送到我们的半导体中的。矿石收音机的天线源于何处？就大多数电子产品而言，这些天线都是意外天线。这包括有集成电路引线框架、PCB印制线条和电缆等。所有上列的这些都有各自依赖其长度、形状、电介质（比如绝缘材料）、源和负载阻抗以及与其他导体和电介质接近程度的一套固有RF谐振频率。在高于1GHz以上的频率上，即便是搭接很好的导线也可以是良好的天线。

图4-4-5显示的是理想化的实际PCB的线条和电缆谐振的例子。(www.xing528.com)

图4-4-5 意外天线效应的例子

从辐射RF抗扰度观点来看，其结果是所有的电子设备都可以被看作为与大量意外天线相连接的带宽很宽且数量巨大的解调器（在有些现代IC中存在有几百万个矿石无线电接收机）。而且每一个都有效的调谐在多个谐振频率上。

当我们测量一个产品或系统的RF抗扰度时，我们往往会发现，在一系列的频率上EUT的响应要比其他频率差的多。通常这些频率大多可能与互连接电缆的长度、电缆缠绕环的直径、PCB印制线的长度或金属构件的尺寸和形状有关。我们通过对上列这些参数的观察经常会寻找出问题的所在并能迅速的解决它们。图4-4-6显示了一个由低速运算放大器构成的矿石无线电接收机响应的实际例子。

图4-4-6 运算速度很慢的运算放大器也会对频率解调

（有时我们会发现EUT在一个很宽的频带上对RF场有很强的响应。但在对EUT采取一些EMC修改措施以后，该EUT倾向于与其他大多数EUT一样，仅在几个频率上出现峰值响应）。

图4-4-7 连接到1.5m电缆的一个敏感电路的例子

问题是这些峰值响应经常仅在频谱上占有几十兆赫的宽度，并且其中有相当部分完全取决于电缆长度和它们的布线。仅仅将电缆移动几个厘米（cm）就能将它们所调谐的频率在频谱上移动几十兆赫。任何具有测试辐射抗扰度（或辐射发射）经验的人都会非常熟悉上述的这个效应。将一个2m长的电缆改成3m，可以将好几个抗扰度峰值响应在频谱上平移，由此而使EUT的抗扰度调谐特征变得与使用原有电缆时完全不同。图4-4-7显示了，仅在一个标称为1.5m长的电缆的长度上稍加改变就可以影响到它的天线效应，并因此影响到EUT的敏感度。