信號鏈基礎知識 # 50：彌合高速數據轉換器連續波和調制信號測量之間的差異

我們一般使用連續波 (CW) 信號來(lái)描述高速模數轉換器 (ADC) 和數模轉換器 (DAC)。這樣做的原因是：1）就 ADC 而言，CW 信號更易于通過(guò) CW 生成器和窄帶通濾波器無(wú)噪生成；2）就 DAC 而言，CW 信號更容易分析；3）它們具有許多標準參考測試，可在各種器件之間清楚地比較。然而，大多數現實(shí)系統都將高速數據轉換器用于采樣調制波形。彌合基于 CW 測量的各種規范和調制信號的系統要求之間存在的差異具有一定的挑戰。

CW 信號和調制信號之間存在兩種差異，會(huì )影響高速數據轉換器的行為。首先，CW 信號沒(méi)有帶寬——能量被限定在某個(gè)單一頻率；而調制信號有帶寬，能量分布于某個(gè)頻率范圍。其中的一個(gè)結果便是 CW 信號失真在另一個(gè)頻率引起 CW 諧波，而調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制：二次諧波 2x、三次諧波 3x 等。在帶寬與調制信號相同的某個(gè)頻段能量的傳播帶來(lái)更低完整度的失真能量。

其次，大多數調制信號（只有如 GSM 中使用的 GMSK 等調制方案除外）均是對振幅進(jìn)行調制，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，其表明了調制長(cháng)期演進(jìn) (LTE) 信號的功率與時(shí)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。

大多數器件中，諧波失真結果隨信號功率增加而增加。例如，信號功率每增加 1dB，三階諧波結果便增加 3dB。因此，相比較低平均功率的調制信號，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制 LTE 信號進(jìn)行了對比。所用失真模型是一個(gè)簡(jiǎn)單的多項式：

其中，諧波失真系數 coeff為任意選取，旨在說(shuō)明巨大的失真量。

CW 信號生成 CW 信號以下三階失真結果 42 dB，而 LTE 信號生成 LTE 信號以下三階失真結果 56 dB。請注意，圖2 所示功率已被標準化為每個(gè)信號的最大功率。

因此，使用最大功率 CW 信號來(lái)估算我們理論器件中調制 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 測試永遠都無(wú)法捕獲完全一樣的調制信號效果，而調制信號失真取決于信號功率的統計分布。在我們的例子中，一個(gè)最大功率以下 –7 dB的 CW 信號會(huì )產(chǎn)生與 LTE 信號相同的三次諧波失真水平（請參見(jiàn)圖2）。由于調制 LTE 信號的平均功率為最大功率或者峰值功率以下 ~11 dB，這相當于將 CW 信號功率設置為調制信號平均功率以上 4 dB。

對調制信號性能進(jìn)行更精確評估的一個(gè)快速法則是使用調制信號峰值功率與平均功率的 dB 比，然后設置 CW 功率為最大功率以下 2/3。例如，如果調制信號 PAR 為 6dB，則應將 CW 信號設置為最大功率以下 -4 dB，然后測得相對于信號功率的諧波失真。這種法則對各種調制信號類(lèi)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。

如欲了解數據轉換器的更多詳情，敬請訪(fǎng)問(wèn)：www.ti.com.cn/dataconverters。

Robert Keller 現任高速數據轉換器系統與應用經(jīng)理。他在無(wú)線(xiàn)基礎架構通信、測試與測量以及軍用系統的高速產(chǎn)品技術(shù)支持方面擁有長(cháng)達 9 年的工作經(jīng)驗。他畢業(yè)于圣路易斯華盛頓大學(xué) (Washington University, St. Louis)，獲物理與數學(xué)學(xué)士學(xué)位，后又畢業(yè)于斯坦福大學(xué) (Stanford University)，獲應用物理學(xué)博士學(xué)位。他擁有 10 項網(wǎng)絡(luò )與傳感器應用美國專(zhuān)利。