作者對各類儀器基本原理和測試方法有了解,也能夠?qū)?fù)雜的測試需求給出Solution。為了給后來者一個了解這個小領(lǐng)域的窗口,將自己的一點拙見推給好友,決定開一個“無線通信射頻器件測試測量專欄”專欄,也歡迎業(yè)內(nèi)各位指正。如有想看到的內(nèi)容或技術(shù)問題,可以在文尾寫下留言。
1、交調(diào)失真的意義
非線性DUT(例如LNA、PA、塔放),當輸入多個頻率的信號時,各個頻譜分量之間會產(chǎn)生互相作用,產(chǎn)生新的頻譜分量(頻譜再生);當輸入信號足夠小放大器工作在線性區(qū),交調(diào)失真不會惡化,保持在一個比較均衡的水平;隨著輸入到DUT的功率的增大,放大器逐漸進入壓縮區(qū),交調(diào)失真將發(fā)生快速惡化。
假設(shè)兩個頻率信號分別是f1和f2,那么三階交調(diào)分量的頻率為2f1-f2和2f2-f1,并且2f1-f2和2f2-f1這兩個頻率緊挨f1、f2,因此會干擾工作帶內(nèi)頻率信息,如圖1.1所示。而偶次階交調(diào)產(chǎn)生的產(chǎn)物比如f2-f1距離主音信號較遠,一般不關(guān)注偶次交調(diào)產(chǎn)物。
圖1.1 有源器件交調(diào)失真產(chǎn)生的頻率信號
圖1.2 OIP3、P1dB與Pin、Pout的關(guān)系
由圖1.2圖可以看出,當主音信號輸入功率每增加1dB,3階交調(diào)產(chǎn)物輸出功率就會增加3dB,Pin逐漸增加至理想線性Pout虛線延長線與三階交調(diào)信號虛線延長線相交,對應(yīng)的輸出功率為OIP3;此時的IIP3被定義為輸入三階交調(diào)截取點(INPUT THIRD-ORDERINTERCEPT POINT),OIP3被定義為輸出三階交調(diào)截取點(OUTPUT THIRD-ORDERINTERCEPT POINT)。
2、交調(diào)失真的測試原理
2.1 表征交調(diào)失真的參數(shù)
1).Tone Power
主音調(diào)信號輸出的功率值,dBm;
2). Tone Gain
放大器的增益,通過主音Pout、Pin可以計算得到
3). Intermodulation Distortion
IMD是衡量主音信號與交調(diào)產(chǎn)物的差值,IMD越大表明此時交調(diào)越小,如圖1.1中虛線處,計算公式:
IMD3(dB)=Pout-IM3
4). Intercept Point Parameters
隨著主音信號輸出功率的增加(圖1.1中黑色箭頭),交調(diào)產(chǎn)物輸出功率以更陡的速率增加(圖1.1中藍色、綠色箭頭)。在功率提高到某種程度,交調(diào)產(chǎn)物功率將等于主信號的功率,此時的功率等級被稱為截距點,但這一般是不可實現(xiàn)的,只能根據(jù)線性區(qū)測試結(jié)果來預(yù)測。
2.2 OIP3的測試原理
2.2.1 使用1臺信號源+頻譜儀——通過諧波計算OIP3,該方法使用較少,但計算結(jié)果與打入雙音信號測量計算出來的結(jié)果相同,后面的文章可單獨講解;
2.2.2 使用1臺信號源+頻譜儀——通過1臺信號源調(diào)制雙音信號,打入DUT,使用頻譜儀直接測量IM3計算OIP3
2.2.3 使用2臺信號源+頻譜儀——通過信號源分別出單音信號再經(jīng)合路,再進入DUT,使用頻譜儀直接測量IM3計算OIP3
這種測試方法是按照圖2.1搭建測試環(huán)境,向DUT打入2個單音信號,測出DUT輸出端單音信號的幅度和三階交調(diào)產(chǎn)物的幅度,再帶入公式計算。
圖2.1 一般DUT OIP3測試環(huán)境搭建
1). 利用2個信號源分別輸出頻率間隔Δf(Δf=5MHz)的兩個信號f1和f2,然后這兩個信號經(jīng)過合成器送到DUT,在合路之前最好分別串聯(lián)一個環(huán)形器,減少信號源之間的相互串擾;
2). 調(diào)節(jié)2個信號源使DUT工作在指定的功率下;
3). 觀測頻譜儀,計算出主音信號幅度和三階交調(diào)產(chǎn)物幅度差值,即IMD3,單位dBc;
4). 根據(jù)主音信號輸出功率和IMD3,計算出OIP3,單位dBm,公式如下:
OIP3= Pout+ IMD3/2
2.3.4 使用矢網(wǎng)測試——通過矢網(wǎng)的兩個內(nèi)置source分別出單音信號再經(jīng)過合路,再進入DUT,測量DUT輸出端單音信號的幅度和三階交調(diào)產(chǎn)物的幅度由矢網(wǎng)完成,并且矢網(wǎng)可以設(shè)置超寬頻率超大帶寬掃頻測試,可快速準確的進行OIP3的頻域響應(yīng)特性測試;
圖2.3 為配置PNA來生成兩個單音信號,再經(jīng)過耦合器合路進入DUT;DUT輸出端接入矢網(wǎng)接收機,矢網(wǎng)對接收到的信號進行FFT后,即可計算出單音信號的幅度和三階交調(diào)產(chǎn)物的幅度。
圖2.3 利用矢網(wǎng)測量OIP3 block diagram
圖2.4 矢網(wǎng)內(nèi)部source configuration
1). 選擇sweep fc模式,設(shè)置掃描中心頻率起始點、截止點和雙音信號間隔;
圖2.5 配置掃頻測量OIP3掃描模式
2). 配置配置掃頻功率點信息,可以target input功率,也可以target output功率;設(shè)置source和receiver衰減器,以提供足夠小的DUT輸入功率和矢網(wǎng)接收機保護;
圖2.6 配置掃頻功率點信息
3). 調(diào)出關(guān)注的曲線,一般關(guān)注PowerIN、PowerOUT、OIP3_Hi、OIP3_Low、OIP3_Avg、IMD3等曲線;
4). 使用功率計和電子校準件校準;
5). 連接DUT從小信號開始測試。
3、總結(jié)
要得到較準確的OIP3測量結(jié)果,需要在測試環(huán)境上做以下優(yōu)化:
1). 使用高質(zhì)量的信號源
信號源也是由各類有源器件搭建的一臺儀表,因此信號源本身也會產(chǎn)生交調(diào);當信號源輸出大功率信號時,由于信號源內(nèi)部一些器件可能進入非線性狀態(tài),使輸出信號質(zhì)量大大降低,可能產(chǎn)生雜波或多次諧波,質(zhì)量差的信號進入DUT,測得的失真信號不能準確的判斷是否由DUT產(chǎn)生;因此需選用高質(zhì)量的信號源,噪聲要低。
2). 隔離2個信號源,減小相互干擾
可使用環(huán)形器或隔離器等單向器件來隔離兩路信號,降低信號源之間的干擾,從而提高整個測試系統(tǒng)的動態(tài)范圍。
3). 使用線性好的功率合成器
功率合成器也有一定的非線性,當灌入強信號時也會產(chǎn)生同頻交調(diào)分量;采用阻性功率合成器(威爾金森功分器,-3dB)具有非常大的動態(tài)范圍,不會產(chǎn)生交調(diào)分量,并且各個端口具有良好的匹配性。
4). 使用動態(tài)范圍大的頻譜分析儀
頻譜儀測量同時測量較小的交調(diào)產(chǎn)物信號和較大的主音信號,因此需選用大動態(tài)范圍的頻譜分析儀。
5). 需判斷測試結(jié)果的有效性
測試IP3時不能忽略頻譜儀的非線性,輸入DUT的強單音信號同樣會在頻譜儀中產(chǎn)生交調(diào)分量。當該交調(diào)分量較大時就需判斷測量到的交調(diào)分量主要是DUT產(chǎn)生的還是頻譜儀自身產(chǎn)生的,即判斷測試結(jié)果是否有效。
原文標題:交調(diào)失真的意義及矢網(wǎng)實例測量方法
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