如何實現高頻率小信號有關場強和功率等參數的測試？

高頻小信號指頻率在MHz以上、電壓在uV級以下、電流在uA級以下的信號。現階段儀器儀表中還沒有針對高頻信號的小功率有關參數測試的專用設備，所以研發工程師在遇到高頻信號有關場強和功率的測量時，都采用估測的方式，或者只通過公式推算出理論性的結果，最近，海洋儀器推出了一系列全新的測試方法，可實時測量高頻小信號真實值的系統。

測量原理： 將高頻被測小信號通過相應的電場探頭和磁場探頭探測到的信號接入到頻率信號接收機中，通過頻率信號接收機中的頻譜和頻率接收功能鎖定被測信號的頻率和功率值；再使用頻率信號接收機的定頻率點測量功能，測出所需要頻點的功率值；然后通過電場和磁場的功率計算公式，根據測出的高頻信號所在頻點功率值，進而測算出相應的小電流、小電壓值。

在設計PCB板或相應的電路中，由于高頻信號的電壓或電流值都比較小，無法采用電壓探頭加數字示波器的方法測出高頻小信號的強度。此時采用無源磁場探頭或無源電場探頭近距離（近似于直接接觸）探測出磁場強度（A/m）或電場強度（V/m），頻率信號接收機直接測量對應頻點的功率大小，進而使用電磁場公式P=EHsinФ，測出相應的小電壓值和小電流值。這樣，在測量高頻率小信號有關場強和功率等參數時，就需要有高頻接收機和相應頻段的無源磁場探頭或無源電場探頭。本文測量樣例中，海洋儀器采用OIHMS-X 3G頻率信號接收機和3G五件套無源磁場探頭和電場探頭組成的OI3000RF射頻場強測試系統，具體測試環境是在中國科學院半導體研究所光電系統實驗室做的實測（見左圖）。

具體實現測試步驟如下：

第一步：大多數PCB板都沒有預留射頻接口可以直接接到頻率信號接收機中，本測試中采用無源電場探頭和無源磁場探頭來感應高頻信號場強，通過無源電場探頭和磁場探頭探測需要測量的芯片腳，再把頻率信號接收機設置為全景掃面，找到要測量的點，如下圖所示。

第二步：用無源電場、磁場探頭對電路測量點進行掃描測量，通過頻譜掃描測試掃頻在此頻段（3GHz）范圍內和頻譜特點判斷是否是要測量的信號，通過下圖可以看出被測量信號在頻率信號接收機中的頻譜，找到要進行測量信號對應的頻點（使用頻率信號接收機的峰值游標搜索功能）。

第三步：使用頻率信號接收機的頻率信號接收機功能測量對應頻點的頻率值和功率值：頻率為153.7MHz，功率值-76.8dBmW（見下圖）。

第四步：通過電磁場功率計算相應的小電流值或小電壓值。電磁場功率公式為：P=E*H*sinФ (sinФ和電磁場重疊角度)，dBmW公式為：dBm=10lg(測量功率功率/1mW)，其中電場E單位為伏/米，磁場H單位為安/米），根據空間場阻抗特性，阻抗標準值為377Ω，測量中電場、磁場探頭直接接觸在被測量點上，距離可以忽略不計，這樣電場值等效為電壓、磁場值等效為電流。

這樣，通過上面公式，將測量的，功率值-76.8dBmW代入以上公式，換算實際功率為0.002mW。將阻抗標準值為377Ω，可以測得被測芯片管腳在153.7MHz頻率時的電流值2.3nA，電壓值為870nV。

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