越来越多的EMC测试实验室正努力提高EMI测试速度，加快收回成本的速度，赢取更多的EMC测试市场。本文以辐射发射测试为例，在分析了测试流程的基础上，详细讨论了频谱仪对EMI测试速度的影响。选择合适的频谱仪，不仅可以提高测试精度，增强对测试结果的信心，而且可以改善EMI测试吞吐率。安捷伦基于频谱仪的认证级EMI接收机以及*新的预兼容EMI分析仪都是基于**的全数字中频技术实现的，对频谱分析的精度和速度都有很大改善，是EMC实验室更好的选择。
什么是EMI测试吞吐率
吞吐率是一种关于计算机或者数据通信系统（如网桥、路由器、网关或广域网连接等）数据传输速率的测度，通常是对一个系统和它的部件处理传输数据请求能力的总体评价。由于EMI测试按照目的可以分为达标测试和诊断测试，因此吞吐率在EMI测试中也有两种含义：在达标测试中，EMI测试吞吐率是指确定并且书面报告DUT通过所需EMI测试的速度；在诊断测试中，EMI测试吞吐率还要包括对于没有通过所需EMI测试的DUT，诊断并且解决问题所花费的时间。对于电子产品来说，EMC测试已经成为与安规测试同等重要的基础测试，越来越多的EMC实验室不仅从测试方法、测试精度上对自己的测试能力进行改进，而且也越来越关注测试吞吐率，10 m暗室双天线法就是一个例子，这归根结底还是与降低测试成本密不可分的。一个EMC测试实验室的建设包括土建、暗室建设、设备购买以及系统集成等大量的成本投入，以美国为例，一个10 m暗室至少需要200万美元的固定投入，因此如何提高固定资产利用率，加快实验室建设成本的收回速度，成为每个EMC测试实验室不得不关心的问题。对于电子产品生产厂家而言，如何尽快的利用测试设备找到产品的EMC问题并且加以有效整改，加快新产品上市时间，抢占更多的市场份额，也是他们所面对的重要问题。有哪些因素限制了EMC测试的吞吐率呢？众所周知，EMC测试分为EMS和EMI两大类，按照传导路径不同，EMI测试又进而分为传导发射（CE）和辐射发射（RE）两部分，而辐射发射测试由于其系统复杂成为EMC测试中*耗时的部分，下图是民标辐射发射的测试系统示意图。为了寻找DUT的*大辐射发射，测试过程中需要转动转台，升降天线，同时使用接收机或者频谱仪进行扫描，其中每一个模块的动作都会影响测试速度。当然，测试人员的能力与经验，对于EMI测试速度的改善也至关重要。
图1 民标辐射发射测试系统示意图
从另外一个方面来看，辐射发射需要测试的物理量是场强，然而该待测物理量是DUT方位角、天线高度、频率、时间等变量组成的多维函数，对于多个变量进行遍历测试花费的时间无疑是漫长的。以ITE设备为例（CISPR22），完成一个完整辐射发射达标测试往往需要4、5个小时，如果需要诊断整改，需要的时间还要长的多。下面我们以辐射发射测试为例，简要分析如何改善EMI测试吞吐率。
如何改善EMI测试吞吐率
根据标准测试方法的要求以及多数主流EMC测试实验室的测试流程，总结得到辐射发射测试典型的流程如下图所示。
图2 典型辐射发射测试流程
在辐射发射测试开始前，首先需要明确DUT属于哪种类型，需要遵从哪个EMC标准进行测试，按照测试方法要求摆放好DUT，并准备测试记录文档。对于大部分民标来说，1GHz以下的极限线大多是准峰值极限线，而准峰值检波器是速度很慢的一种检波器，如果使用准峰值检波器从30 MHz扫描到1GHz，很可能要花上一两天时间，那么既符合测试标准的要求又能加快测试吞吐率呢？根据检波器工作原理，峰值检波得到的干扰信号幅值一定大于等于准峰值检波器，即EMI Peak ≥ EMIQuasi-peak（当干扰信号是窄带时，两个检波器得到的幅值相等），而峰值检波器的工作速度比准峰值检波器快的多，因此为了提高测试吞吐率，通常先用峰值检波器进行预扫描，然后将得到的干扰信号的幅值与准峰值极限线进行比对。如果某个频点上干扰信号的峰值检波值低于准峰值极限值，那么该频点上的干扰信号的准峰值检波值一定也低于准峰值极限值，因此就不必在该频点上再进行准峰值检波了。然而，如果某些频点上干扰信号的峰值检波值超过了准峰值极限值，那么这些频点上的干扰信号就成为可疑干扰信号，需要筛选这些频率点，进一步使用准峰值检波器进行测量，就进入了下一个步骤，即空间*大化。在空间*大化步骤中，需要转动转台，调节天线架，使用准峰值检波器监视可疑频点上干扰信号幅值的变化，直到找到*大值。如果所有可疑信号的准峰值检波的*大值都低于准峰值极限线，那么该DUT达标测试通过，否则还需要进行诊断整改 。实际上，70%的电子产品在**次进行辐射发射测试时是无法通过标准要求的，因此诊断整改对于EMC测试实验室来说也是非常重要的一个环节。诊断整改大多使用频谱仪峰值检波快速扫描进行，这样可以迅速发现整改措施对超标频率点以及其他频段干扰信号发射强度的影响。诊断整改的时间比较长，在不顺利的情况下，很可能需要花几天才能解决发射超标的问题。辐射发射测试流程*后两个环节是审查和出报告。
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；*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3 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±(markerfrequency×frequency reference accuracy +0.25%×span + 5%×RBW + 2 Hz + 0.5×horizontalresolution)，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10MHz，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*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10MHz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4 传统模拟中频频谱仪结构框图
另外一方面，频谱仪结构的**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**地使用了业界**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3GHz以下的典型幅度精度高达0.19dB），也间接地改善了频谱仪的测试速度。
图5 PSA全数字中频原理框图
首先是可设置的RBW带宽个数大大增多。RBW带宽是频谱仪中很重要的一个测试参数，它直接影响到频谱仪的灵敏度、分辨信号能力和扫描速度。传统频谱仪的扫描时间与RBW带宽设置存在如下关系，扫描时间 =k×扫宽/(RBW带宽)2，人为减小扫描时间很可能使RBW滤波器对信号没有充分响应，造成测得的频率和幅度漂移，如图所示。实际测试中，特别是诊断测试中，往往需要灵活设置RBW带宽折衷扫描速度与灵敏度、分辨信号能力。传统模拟中频的频谱仪，由于每个RBW带宽都与一个模拟RBW滤波器对应，改变RBW带宽实际上是在模拟带通滤波器之间进行切换，因此可设置的RBW带宽通常会受到模拟带通滤波器个数的限制，一般遵从1-3-10步进的规则，从1Hz到8 MHz只有15个RBW带宽可以设置。在使用了全数字中频之后，PSA中的RBW滤波器全部使用数字ASIC芯片实现，除了精度得到提高以外，可设置的RBW带宽也不再受模拟滤波器个数的限制，PSA的RBW带宽遵从10%的步进规则，从1 Hz到8 MHz有多达160个RBW带宽可供选择，这就极大地方便了诊断测试的灵活性，可以保证在足够的灵敏度和分辨信号能力的基础上尽可能缩短扫描时间，提高EMI诊断测试的吞吐率。
图6 扫描过快导致测量结果不准
其次是RBW滤波器的选择性被大大改善了。安捷伦的频谱仪使用形状因子，即滤波器-60 dB带宽与-3dB带宽之比，来衡量RBW滤波器的选择性，这一指标在频谱仪指标手册里都有描述，显然形状因子小的RBW滤波器分辨信号的能力更强。对于传统模拟中频频谱仪，由于受模拟滤波器实现的限制，通常形状因子为12:1，其滤波器形状如图中黑色曲线。使用全数字中频的PSA，其RBW滤波器的形状因子为4.1:1，其滤波器形状如图中蓝色曲线。假设有两个频率间隔很小的干扰信号，它们幅度差别较大，如果使用数字RBW滤波器，则既可以测量到较大的干扰信号，也可以分辨较小的干扰信号。如果使用模拟RBW滤波器，由于其形状因子较大，在大干扰信号激励下形成的滤波器裙带就把小干扰信号湮没了，这时只能通过减小RBW带宽来试图分辨小干扰信号，而减小RBW带宽会使得频谱仪的扫描时间成平方关系变长，测试速度大大变慢。
图7 RBW率滤波器的形状因子
*后，全数字中频技术作为一个颠覆性的技术，使得全数字中频频谱仪在相同的设置下的测试速度比模拟中频频谱仪要快的多。下图是安捷伦传统模拟中频8563E频谱仪与全数字中频PSA频谱仪的测量比较图，可以看到在相同设置下，PSA的测试时间只有8563E的一半。
图8 传统模拟中频与数字中频扫描时间对比
频谱仪的数据处理
数据处理阶段对EMI测试吞吐率的影响不是很大，主要有两个因素会略微影响到测试速度。首先是扫描数据点数的设置，在扫宽、RBW、VBW设置完全相同的情况下，增加数据点数会增加数据处理开销，轻微地降低了测试速度，但这相对于频率分辨率增加来说是完全可以忽略的。其次，在远程测量的情况下选用不同的数据格式也会影响数据处理开销，下图是PSA在8192个扫描数据点的情况下使用REAL,64、REAL,32、INT,32三种不同的数据格式传输数据所需要的时间对比，横坐标是对数坐标。从图中可以看到，由于REAL,64使用64位来表示一个数据点，因此显然传输时间长一些，但在都使用32位表示一个数据点的情况下，REAL,32还是要比INT,32快一些，这是为什么呢？原来PSA内部表示测量数据的原始格式是REAL,32，如果选用了INT,32，那么PSA在数据处理阶段需要花费额外的数据处理开销将REAL,32转换成INT,32再进行传输，图中REAL,32与INT,32两种格式传输时间的差别就来自这一处理开销。因此我们在开发软件进行远程测试的时候，需要查阅频谱仪的说明手册，选用*原始的数据格式可以帮助缩短总的测试时间，实现一款高效的自动测试软件。
图9 数据处理开销对测试时间的影响
频谱仪的数据传输
在数据传输阶段，其传输速度取决于需要传输的数据量与传输所用的数据接口，下图是PSA使用不同的扫描点数以及不同的数据接口所需要的数据传输时间。从图中可以看到，扫描点数越少传输时间越短，数据接口速度越快传输时间越短。PSA后面板提供了GPIB、LAN、USB2.0三种数据接口，其中USB2.0数据接口可以大大缩短数据传输时间，当数据量巨大的时候，它对远程测试速度的改善是显著的。
图10 频谱仪数据接口对测量时间的影响
由上面的讨论可知，频谱仪各方面的功能和性能都会影响EMI测试吞吐率，特别是频谱仪的实现结构可以在保证测试精度的同时缩短扫描/测试时间，加快预扫描与诊断测试阶段的测试速度，进而改善整个EMI测试的吞吐率。
安捷伦*新EMI接收机/分析仪
安捷伦基于PSA的全兼容EMI接收机（图），继承了PSA全数字中频的诸多优点，在给用户提供满足CISPR16-1-1规范的认证级接收机的同时，也捆绑了PSA强大的频谱分析功能，使用户在EMI测试流程各个阶段都能有一款得心应手的测试工具，改善测试效率，加快EMI测试的吞吐率。
图11 安捷伦全兼容PSA-EMI接收机
除了全兼容PSA-EMI接收机之外，安捷伦*近也在*新全数字中频MXA/EXA信号分析仪上推出了预兼容EMI测试选件，提供了军标民标EMI带宽、*新CISPR 16-1-1(2007)的兼容检波器、单点测量、极限线、幅度校正因子、Tune &Listen以及40001个扫描点数等功能，为EMI诊断测试或者预兼容测试提供了一个更好的选择，图是该预兼容EMI分析仪的照片。
图12 安捷伦*新预兼容EMI分析仪