RF技術(shù)探究:相互調變失真的測量方法

在發(fā)射(Tx)路徑上的相互調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(méi)有主動(dòng)組件存在，因此它的相互調變失真特性被稱(chēng)為“被動(dòng)的相互調變失真(passive IMD;PIMD)”。當設計一個(gè)無(wú)線(xiàn)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 )先測量PIMD。

　　雙音調相互調變測試

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

　　下列是10個(gè)有用的測量參數：

　　●載波(C)：這是載波信號的功率，單位是dBm。它和Pout參數類(lèi)似，不過(guò)，C是使用頻譜分析儀來(lái)測量，Pout是使用功率表(power meter)、并只輸入一個(gè)射頻信號來(lái)測量。

　　●第3階相互調變乘積(I3)：這是寄生的第3階相互調變信號之功率，單位是dBm，使用頻譜分析儀來(lái)測量。

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

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

　　●第5階相互調變乘積(I5)：與第3階相互調變乘積類(lèi)似。

　　●載波對第5階相互調變的比率(C/I5)：與載波對第3階相互調變的比率類(lèi)似。

　　●第5階攔截點(diǎn)(IP5)：與第3階攔截點(diǎn)類(lèi)似。

　　●第7階相互調變乘積(I7)：與第3階相互調變乘積類(lèi)似。

　　●載波對第7階相互調變的比率(C/I7)：與載波對第3階相互調變的比率類(lèi)似。

　　●第7階攔截點(diǎn)(IP7)：與第3階攔截點(diǎn)類(lèi)似。

　　第3階攔截點(diǎn)

　　一個(gè)裝置或系統的非線(xiàn)性轉換函數(transfer function)可以利用一個(gè)“泰勒級數(Taylor series)”來(lái)表示：

　　第3階相互調變信號，是來(lái)自于上列的f(x)級數展開(kāi)式的第3階項，因此稱(chēng)為“第3階相互調變乘積”。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階相互調變乘積”是一個(gè)對數函數，在數學(xué)上是取比率相對值。其實(shí)，第3階相互調變信號功率的增加速度是載波信號功率的3倍。

　　。如果“C對Pin”和“I對Pin”的線(xiàn)性部份之曲線(xiàn)能夠向外延伸，所交叉的點(diǎn)就稱(chēng)作“第3階攔截點(diǎn)(intercept point)”。不過(guò)，IP3是一個(gè)理論值，在實(shí)際設計上是無(wú)法達到的，因為這兩個(gè)曲線(xiàn)在到達IP3之前就已經(jīng)飽和了(斜率趨近于0，變成水平線(xiàn)了)。通常IP3是被當成射頻裝置的“優(yōu)化函式”(merit function)。大多數的電路設計程序，其實(shí)應被稱(chēng)為“最佳化程序”，由設計者決定哪些地方應當被最佳化、且要最佳化到什么程度?如此所得到的結果，就被稱(chēng)為“最佳化函數”。

　　如果理論上，假定3：1的斜率差，則IP3可以?xún)H從一個(gè)功率準位計算出來(lái)。如果完成功率掃描(power sweep)，得出圖形，則在線(xiàn)性區域所求出的IP3將是固定的(當然3：1的斜率假設必須是正確的)。當載波和相互調變信號飽和時(shí)，IP3的值通常會(huì )下降，這就表示相互調變功率的測量結果將是錯誤的。在較低的功率準位，當達到頻譜分析儀的噪聲下限時(shí)，IP3將會(huì )開(kāi)始改變，這也表示測量將有錯誤產(chǎn)生。因此，正確的測量值應該在IP3維持不變下的功率范圍內。

　　理論上，IP3并不是功率準位的函數。然而，在低功率準位時(shí)，它的動(dòng)態(tài)(線(xiàn)性)區域被頻譜分析儀的噪聲下限所限制;在高功率準位時(shí)，由于待測物的飽和，或頻譜分析儀的相互調變，也會(huì )限制它的動(dòng)態(tài)區域。因此，若將IP3當成是功率的函數，將可以提供一個(gè)能夠確保測量結果正確的好方法 。