了解無線數據手冊規格

本教程介紹并定義了混頻器、放大器和振蕩器數據手冊中使用的RF術語。描述的術語包括：增益、轉換增益、相位噪聲、三階交調截點、P1分貝、插入損耗、輸出功率、VCO 頻率牽引/推動、頻率漂移、建立時間、調諧增益和調諧范圍。提供圖形和圖像以說明關鍵概念。

本教程介紹無線IC數據手冊中的一些常見規格。這些規格適用于放大器、混頻器和振蕩器。放大器和混頻器的規格相同，只有少數例外。壓控振蕩器 （VCO） 具有一組獨特的規格。

圖1.放大器、混頻器和VCO構成一個簡單的無線接收器。

常用放大器和混頻器規格

增益是無線構建模塊（即放大器或混頻器）的電壓或功率增益。增益規格在數據手冊中幾乎總是以dB為單位給出。增益、電壓增益和功率增益這三個術語通?？梢曰Q。這是因為當輸入和輸出阻抗相同時，電壓和功率增益的增益值相同，單位為dB。例如，20dB增益相當于電壓增益的10V/V倍。10V/V的電壓增益也相當于100W/W的功率增益，也是20dB。線性刻度中的電壓增益和功率增益是不同的，但以dB為單位它們是相同的，因此允許術語互換而不會混淆。

轉換增益規格適用于混頻器或頻率轉換設備。之所以稱為轉換增益，是因為輸入和輸出頻率不同。輸入信號通過混頻作用轉換為更低或更高的頻率。

插入損耗或衰減是一種增益規格，但輸出電平通常相對于輸入降低。也就是說，輸出信號幅度小于輸入。

輸出功率是可用于驅動負載的RF功率，通常為50Ω。它通常以dBm（以dB為單位的毫瓦數）表示。例如，250mW 是 10 × 對數10（250） = +24dBm。

以下是一些以dBm為單位的功率示例，假設阻抗為50Ω：

+30dBm = 1W = 7.1V有效值
0dBm = 1mW = 0.225V有效值
-100dBm = 0.1pW = 2.25μV有效值

1dB 壓縮點 （P1分貝） 是輸出功率的品質因數。更高的壓縮點意味著更高的輸出功率。P1分貝處于輸入（或輸出）功率時，與極低功率下的增益相比，增益降低 2 dB。請參考圖1，增益與輸入功率的關系圖。注意增益如何隨著輸入功率的增加而降低。這是因為輸出在最大值時飽和，功率不可能進一步增加。<>dB壓縮點可以在輸入或輸出端指定。例如，如果輸出 P1分貝規格為+20dBm，該元件的輸出功率約為+20dBm。降低輸出功率從P降低1分貝將減少失真。

圖2.元件（放大器或混頻器）的增益與輸入功率的關系圖。高輸出功率時增益降低，因為輸出已飽和。

三階交調截點 （IP3） 是線性度或失真的品質因數。更高的IP3意味著更好的線性度和更少的失真。IP3 通常使用兩種輸入音進行測試。圖3顯示了頻域中的雙音IP3測試。放大器的輸入是兩個正弦波（基波），一個在900MHz，另一個在901MHz，在這里顯示的示例中。放大器的輸出端是兩個所需信號。由于放大器不是完全線性的，它還會產生兩個三階交調（IM3）產品。IM3 通常以 dBm 為單位。此處顯示的IM3失真產物的頻率非常接近所需信號，并且無法通過濾波輕松去除。為了減少三階失真產品，必須提高IP3規格。

三階交調產物是通過放大器或混頻器中的非線性對雙音輸入進行混合（或調制）的結果。兩個IM3產品是：

圖3.雙音 IP3 測試（左）。輸入端有兩個輸入音（右）。輸出包含兩個放大音、IM3 產物和諧波失真。

在數學術語中，IP3是一個理論輸入功率點，在該功率點上，基波和三階失真輸出線被截獲（見圖4）。A線是基波（所需）信號的輸出功率與輸入功率曲線，B線是三階失真輸出功率與輸入功率曲線。B線的斜率是A線的三倍陡度（以dB為單位），理論上與A線相交。截點是三階截點。此時假設的輸入功率是輸入IP3，輸出功率是輸出IP3。

圖4.IP3的定義。線 A 和線 B 截距的點是假設的 IP3。

諧波失真是另一種失真規范。它指定了以基頻的整數倍產生的失真產物（圖 3）。例如，二次諧波失真指定為-60dBc意味著基頻兩倍時的失真輸出幅度比基波低60dB。因此，dBc是低于基波的dB數（dBc傳統上表示低于載波的dB）。諧波失真規格在有線電視等寬帶應用中至關重要，但在手機等窄帶應用中則不那么重要，因為失真產物很容易被濾除，因為它們被較大的頻率差隔開。

噪聲因數是放大器和混頻器產生的噪聲的品質因數。它將元件產生的噪聲與室溫下50Ω電阻的熱噪聲進行比較。例如，噪聲因數為2時表示放大器的噪聲與50Ω電阻一樣。在數學方面，

其中 P一個是放大器或混頻器引起的噪聲功率，P50Ω是50Ω電阻的熱噪聲引起的噪聲功率。

噪聲系數通常在無線數據手冊中給出。它是以dB表示的噪聲因子。也就是說，噪聲系數等于 10 × log10（噪聲系數）。典型的低噪聲放大器（LNA）的噪聲系數為1dB，這意味著放大器產生的噪聲約為26Ω電阻噪聲的50%。

在典型的接收器中，接收信號約為-100dBm （2μV），50Ω電阻在1MHz帶寬中的熱噪聲約為-114dBm。如您所見，信噪比（SNR）非常低。放大器中的噪聲會進一步降低SNR。因此，RF接收機前端的噪聲系數必須保持在最低水平。

回波損耗是信號反射的品質因數?；夭〒p耗表示一小部分入射功率被反射回源。例如，如果向放大器注入1mW （0dBm）的功率，并且該功率的10%被反射（反彈），則回波損耗為10dB。在數學術語中，回波損耗為-10×對數[（反射功率）/（入射功率）]?；夭〒p耗通常同時指定用于輸入和輸出。

通常，希望將反射功率最小化，從而將更多的功率傳遞到負載。通常，設計人員的目標是至少10dB的回波損耗。有時違反這個10dB回波損耗“經驗法則”，以便在系統中實現更好的噪聲系數、IP3或增益。

振蕩器 （VCO） 規格

相位噪聲是振蕩器頻譜純度的品質因數。理想情況下，振蕩器的輸出是由一條垂直線表示的單個頻率。實際上，振蕩器中存在噪聲，使得輸出不僅僅是一條線，而是載波（基波）頻率附近的噪聲“裙邊”。這些噪聲稱為相位噪聲。相位噪聲通常指定為1Hz帶寬中噪聲功率在遠離載波的偏移頻率與載波功率的比率。例如，100kHz 偏移時的相位噪聲規格為 -100dBc/Hz，這意味著在距離載波 1kHz 時，100Hz 帶寬中的噪聲功率比載波功率低 100dB（圖 5）。

圖5.振蕩器的輸出頻譜。裙邊是由振蕩器中的相位噪聲引起的。

由于相互混頻，低相位噪聲在無線接收器中很重要。如圖6所示，噪聲本振（LO）與所需接收信號混合并轉換為IF。如果存在干擾信號（來自另一個發射器），則它也與LO混合并向下轉換為IF頻率范圍。由于干擾源比目標信號強得多，相位噪聲的“尾端”會溢出到IF通道中。這種噪聲會降低信噪比并降低接收器的性能。低相位噪聲LO在具有強干擾源的此類接收器中很重要。

圖6.目標信號和干擾信號均下變頻至IF。由于振蕩器的相位噪聲，下變頻干擾器的尾部噪聲位于所需通道的頂部，不容易濾除。

調諧范圍是VCO覆蓋的頻率范圍。例如，VCO的標稱頻率為900MHz，但可以通過改變其調諧輸入端的調諧電壓，在850MHz至950MHz之間調諧。調諧范圍為 100MHz。通常需要寬調諧范圍，以覆蓋指定電源電壓和溫度范圍內的工作頻率范圍。

調諧增益或VCO增益是衡量調諧輸入電壓變化時VCO的靈敏度的指標。例如，50MHz/V的調諧增益意味著50V調諧電壓變化將有1MHz的頻率變化。通常需要低調諧增益，因為變容二極管與振蕩器的諧振電路松散耦合，因此通常會產生較低的相位噪聲。

頻率牽引是VCO響應負載條件變化而表現出的頻率變化。器件的拉頻量將決定是否需要額外的VCO緩沖器。

電源推動是VCO響應電源電壓變化而表現出的頻率變化。電源變化會影響VCO有源器件結點上的直流電壓，進而通過影響整個諧振來改變振蕩頻率。電源推動量將決定需要多少電源電壓調節/濾波。

頻率漂移是VCO輸出頻率的總體偏差。這種漂移包括所有偏差源，如上所示，以及溫度和設備本身的使用年限。

建立時間是VCO達到其最終頻率所需的時間。建立時間是從調諧電壓變化的那一刻開始測量的，直到輸出達到其最終值的指定百分比（圖 7）。較短的建立時間可縮短頻率變化之間的等待時間，并允許更快的通道切換和跳頻應用。

圖7.VCO建立到更高頻率的輸出。

審核編輯：郭婷