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(多图) ADC需要考虑的交调失真因素

/?? 2013年10月15日 ?? 收藏0
简介

交调失真(IMD)是用于衡量放大器、增益模块、混频器和其他射频元件线性度的一项常用指标。二阶和三阶交调截点(IP2和IP3)是这些规格参数的品质因素,以其为基础可以计算不同信号幅度下的失真积。虽然射频工程师们非常熟悉这些规格参数,但当将其用于ADC时往往会产生一些困惑。本教程首先在ADC的框架下对交调失真进行定义,然后指出将IP2和IP3的定义应用于ADC时必须采取的一些预防措施。

双音交调失真(IMD)

测量双音交调失真时,要将两个频谱纯净的正弦波在频率f1和f2下应用于ADC,这两个频率一般距离相对较近。将每个音的幅度设为比满量程低,数值略微超过6dB即可,以便两个音相位增加时,ADC不会出现削波。二阶和三阶积的位置如图1所示。请注意,二阶积处于数字滤波器可以消除的频率位置。然而,三阶积2f2-f1和2f1-f2接近原始信号,过滤的难度更大。除非另有说明,双音交调失真指这些"近距"三阶积。交调失真积值一般以dBc为单位,相对于两个原始音之一的值,而不是两者之和。

然而,请注意,如果两个音接近fs/4,则基波的混叠三次谐波可能使2f2-f1和2f1-f2真实积的识别变得异常困难。其原因在于,fs/4的三次谐波为3fs/4,而混叠出现在fs-3fs/4=fs/4频率处。类似地,如果两个音接近fs/3,则混叠二次谐波可能会干扰测量。原理同上,fs/3的二次谐波为2fs/3,混叠出现在fs-2fs/3=fs/3处。

二阶和三阶交调截点(IP2,IP3)、1-dB压缩点

三阶交调失真积在多通道通信系统中尤其麻烦,这种应用中,通道隔离在整个频段保持不变。三阶交调失真积在有大信号的情况下可能掩盖住小信号。

在放大器、混频器和其他射频元件中,一般以三阶交调截点(IP3)来表示三阶交调失真积,如图2所示。两个频谱纯洁的音被应用于该系统。单音的输出信号功率(单位:dBm)以及三阶积的相对幅度(以一个单音为基准)表示为输入信号功率的函数。基波表示为图中的slope=1曲线。如果通过幂级数展开逼近系统非线性度,则信号每增加1dB,二阶IMD(IMD2)幅度将增加2dB,如图中slope=2曲线所示。

类似地,信号每增加1dB,三阶IMD(IMD3)幅度就增加3dB,如图中slope=3曲线所示。

在一个低电平双音输入信号和两个数据点下,则可以绘制出二阶和三阶交调失真线,如图2所示(其原理是,一个点和一个斜率定义一条直线)。

然而,输入信号一旦达到某种水平,输出信号就会开始软限制或压缩。这里一个相关参数是1dB压缩点。这就是输出信号从一个理想的输入/输出传递函数压缩1dB的点。在图2中,该点处于理想斜率=1线变成虚线与实际响应表现出压缩迹象(实线)之间的区域中。

然而,二阶和三阶交调截线都可以延长,与理想输出信号线的延长线(虚线)相交。这些交点分别称为二阶和三阶交调截点,表示为IP2和IP3.这些功率电平值通常以传导至一个匹配负载(通常但不一定为50)的器件输出功率为基准,表示为dBm.

应当注意,IP2、IP3和1dB压缩点都是频率的函数,不出所料,频率越高,失真越严重。

对于给定的频率,在已知三阶交调截点的情况下,可以计算出三阶IMD积的近似电平值(为输出信号电平的函数)。


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