信號鏈基礎(chǔ)知識 # 50：彌合高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器連續(xù)波和調(diào)制信號測量之間的差異

我們一般使用連續(xù)波 (CW) 信號來描述高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC)。這樣做的原因是：1）就 ADC 而言，CW 信號更易于通過 CW 生成器和窄帶通濾波器無噪生成；2）就 DAC 而言，CW 信號更容易分析；3）它們具有許多標(biāo)準(zhǔn)參考測試，可在各種器件之間清楚地比較。然而，大多數(shù)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)都將高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器用于采樣調(diào)制波形。彌合基于 CW 測量的各種規(guī)范和調(diào)制信號的系統(tǒng)要求之間存在的差異具有一定的挑戰(zhàn)。

CW 信號和調(diào)制信號之間存在兩種差異，會影響高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的行為。首先，CW 信號沒有帶寬——能量被限定在某個單一頻率；而調(diào)制信號有帶寬，能量分布于某個頻率范圍。其中的一個結(jié)果便是 CW 信號失真在另一個頻率引起 CW 諧波，而調(diào)制信號失真引起該信號之外更寬頻率范圍的諧波和交叉調(diào)制：二次諧波 2x、三次諧波 3x 等。在帶寬與調(diào)制信號相同的某個頻段能量的傳播帶來更低完整度的失真能量。

其次，大多數(shù)調(diào)制信號（只有如 GSM 中使用的 GMSK 等調(diào)制方案除外）均是對振幅進(jìn)行調(diào)制，其產(chǎn)生比最大功率要低的平均功率。為了對比方便，CW 信號的功率恒定。圖1 顯示了存在的差異，其表明了調(diào)制長期演進(jìn) (LTE) 信號的功率與時間的對比關(guān)系。平均功率約為最大功率的 7%，即比最大功率低 11 dB。

大多數(shù)器件中，諧波失真結(jié)果隨信號功率增加而增加。例如，信號功率每增加 1dB，三階諧波結(jié)果便增加 3dB。因此，相比較低平均功率的調(diào)制信號，最大功率的 CW 信號具有更加明顯的失真。圖2 描述了這種情況，其將最大功率的 CW 信號三階諧波失真同調(diào)制 LTE 信號進(jìn)行了對比。所用失真模型是一個簡單的多項(xiàng)式：

其中，諧波失真系數(shù) coeff為任意選取，旨在說明巨大的失真量。

CW 信號生成 CW 信號以下三階失真結(jié)果 42 dB，而 LTE 信號生成 LTE 信號以下三階失真結(jié)果 56 dB。請注意，圖2 所示功率已被標(biāo)準(zhǔn)化為每個信號的最大功率。

因此，使用最大功率 CW 信號來估算我們理論器件中調(diào)制 LTE 信號的諧波失真將 LTE 信號失真高估算了 14 dB。

什么是更精確的 CW 測試呢？一次 CW 測試永遠(yuǎn)都無法捕獲完全一樣的調(diào)制信號效果，而調(diào)制信號失真取決于信號功率的統(tǒng)計(jì)分布。在我們的例子中，一個最大功率以下 –7 dB的 CW 信號會產(chǎn)生與 LTE 信號相同的三次諧波失真水平（請參見圖2）。由于調(diào)制 LTE 信號的平均功率為最大功率或者峰值功率以下 ~11 dB，這相當(dāng)于將 CW 信號功率設(shè)置為調(diào)制信號平均功率以上 4 dB。

對調(diào)制信號性能進(jìn)行更精確評估的一個快速法則是使用調(diào)制信號峰值功率與平均功率的 dB 比，然后設(shè)置 CW 功率為最大功率以下 2/3。例如，如果調(diào)制信號 PAR 為 6dB，則應(yīng)將 CW 信號設(shè)置為最大功率以下 -4 dB，然后測得相對于信號功率的諧波失真。這種法則對各種調(diào)制信號類型（例如：OFDM、WCDMA 和 QAM 等）都很有效。

下次，我們將討論更多詳情，敬請期待。

如欲了解數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的更多詳情，敬請?jiān)L問：www.ti.com.cn/dataconverters。

Robert Keller 現(xiàn)任高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)與應(yīng)用經(jīng)理。他在無線基礎(chǔ)架構(gòu)通信、測試與測量以及軍用系統(tǒng)的高速產(chǎn)品技術(shù)支持方面擁有長達(dá) 9 年的工作經(jīng)驗(yàn)。他畢業(yè)于圣路易斯華盛頓大學(xué) (Washington University, St. Louis)，獲物理與數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位，后又畢業(yè)于斯坦福大學(xué) (Stanford University)，獲應(yīng)用物理學(xué)博士學(xué)位。他擁有 10 項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)與傳感器應(yīng)用美國專利。