RF技術(shù)探究:相互調(diào)變失真的測(cè)量方法

在發(fā)射(Tx)路徑上的相互調(diào)變失真是附加在高功率之中，它的特性很重要。由于在發(fā)射路徑上一般都沒有主動(dòng)組件存在，因此它的相互調(diào)變失真特性被稱為“被動(dòng)的相互調(diào)變失真(passive IMD;PIMD)”。當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)無線通信電路時(shí)，PIMD在每一個(gè)功能單元中的變化不大，所以，在研發(fā)階段就會(huì)先測(cè)量PIMD。

　　雙音調(diào)相互調(diào)變測(cè)試

　　測(cè)量IMD最方便的方法是，將兩個(gè)功率相等的信號(hào)組合在一起[*故被稱為“雙音調(diào)”(two-tone)]，并彼此保持一定的頻率間隔，輸入至待測(cè)物(device under test;DUT)的輸入端。若以頻譜分析儀測(cè)量，DUT的輸出頻譜將和附圖1類似，其中，兩個(gè)最大信號(hào)是被放大的載波信號(hào);其它較小的信號(hào)分列在載波兩邊，分別是第3、5、7階(order)相互調(diào)變乘積(product)。所有信號(hào)之間的頻率間隔是相等的。

　　下列是10個(gè)有用的測(cè)量參數(shù)：

　　●載波(C)：這是載波信號(hào)的功率，單位是dBm。它和Pout參數(shù)類似，不過，C是使用頻譜分析儀來測(cè)量，Pout是使用功率表(power meter)、并只輸入一個(gè)射頻信號(hào)來測(cè)量。

　　●第3階相互調(diào)變乘積(I3)：這是寄生的第3階相互調(diào)變信號(hào)之功率，單位是dBm，使用頻譜分析儀來測(cè)量。

　　●載波對(duì)第3階相互調(diào)變的比率(C/I3)：這是載波功率對(duì)寄生的第3階相互調(diào)變信號(hào)功率之比率值，單位是dB。

　　●第3階攔截點(diǎn)(IP3)：這是待測(cè)物的最佳指針，單位是dBm。此值通常會(huì)隨著頻率微調(diào)(tuning)而改變。

　　●第5階相互調(diào)變乘積(I5)：與第3階相互調(diào)變乘積類似。

　　●載波對(duì)第5階相互調(diào)變的比率(C/I5)：與載波對(duì)第3階相互調(diào)變的比率類似。

　　●第5階攔截點(diǎn)(IP5)：與第3階攔截點(diǎn)類似。

　　●第7階相互調(diào)變乘積(I7)：與第3階相互調(diào)變乘積類似。

　　●載波對(duì)第7階相互調(diào)變的比率(C/I7)：與載波對(duì)第3階相互調(diào)變的比率類似。

　　●第7階攔截點(diǎn)(IP7)：與第3階攔截點(diǎn)類似。

　　第3階攔截點(diǎn)

　　一個(gè)裝置或系統(tǒng)的非線性轉(zhuǎn)換函數(shù)(transfer function)可以利用一個(gè)“泰勒級(jí)數(shù)(Taylor series)”來表示：

　　第3階相互調(diào)變信號(hào)，是來自于上列的f(x)級(jí)數(shù)展開式的第3階項(xiàng)，因此稱為“第3階相互調(diào)變乘積”。第3階的輸入功率會(huì)較載波的輸入功率快速增加。單位dBm表示“第3階相互調(diào)變乘積”是一個(gè)對(duì)數(shù)函數(shù)，在數(shù)學(xué)上是取比率相對(duì)值。其實(shí)，第3階相互調(diào)變信號(hào)功率的增加速度是載波信號(hào)功率的3倍。

　　。如果“C對(duì)Pin”和“I對(duì)Pin”的線性部份之曲線能夠向外延伸，所交叉的點(diǎn)就稱作“第3階攔截點(diǎn)(intercept point)”。不過，IP3是一個(gè)理論值，在實(shí)際設(shè)計(jì)上是無法達(dá)到的，因?yàn)檫@兩個(gè)曲線在到達(dá)IP3之前就已經(jīng)飽和了(斜率趨近于0，變成水平線了)。通常IP3是被當(dāng)成射頻裝置的“優(yōu)化函式”(merit function)。大多數(shù)的電路設(shè)計(jì)程序，其實(shí)應(yīng)被稱為“最佳化程序”，由設(shè)計(jì)者決定哪些地方應(yīng)當(dāng)被最佳化、且要最佳化到什么程度?如此所得到的結(jié)果，就被稱為“最佳化函數(shù)”。

　　如果理論上，假定3：1的斜率差，則IP3可以僅從一個(gè)功率準(zhǔn)位計(jì)算出來。如果完成功率掃描(power sweep)，得出圖形，則在線性區(qū)域所求出的IP3將是固定的(當(dāng)然3：1的斜率假設(shè)必須是正確的)。當(dāng)載波和相互調(diào)變信號(hào)飽和時(shí)，IP3的值通常會(huì)下降，這就表示相互調(diào)變功率的測(cè)量結(jié)果將是錯(cuò)誤的。在較低的功率準(zhǔn)位，當(dāng)達(dá)到頻譜分析儀的噪聲下限時(shí)，IP3將會(huì)開始改變，這也表示測(cè)量將有錯(cuò)誤產(chǎn)生。因此，正確的測(cè)量值應(yīng)該在IP3維持不變下的功率范圍內(nèi)。

　　理論上，IP3并不是功率準(zhǔn)位的函數(shù)。然而，在低功率準(zhǔn)位時(shí)，它的動(dòng)態(tài)(線性)區(qū)域被頻譜分析儀的噪聲下限所限制;在高功率準(zhǔn)位時(shí)，由于待測(cè)物的飽和，或頻譜分析儀的相互調(diào)變，也會(huì)限制它的動(dòng)態(tài)區(qū)域。因此，若將IP3當(dāng)成是功率的函數(shù)，將可以提供一個(gè)能夠確保測(cè)量結(jié)果正確的好方法 。