彌合高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器連續(xù)波和調(diào)制信號(hào)測量之間的差異

  我們一般使用連續(xù)波 (CW) 信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)的系統(tǒng)要求之間存在的差異具有一定的挑戰(zhàn)。

CW 信號(hào)和調(diào)制信號(hào)之間存在兩種差異，會(huì)影響高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的行為。首先，CW 信號(hào)沒有帶寬——能量被限定在某個(gè)單一頻率；而調(diào)制信號(hào)有帶寬，能量分布于某個(gè)頻率范圍。其中的一個(gè)結(jié)果便是 CW 信號(hào)失真在另一個(gè)頻率引起 CW 諧波，而調(diào)制信號(hào)失真引起該信號(hào)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(hào)相同的某個(gè)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(hào)（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(hào)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(hào)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。

 
圖 1 調(diào)制 LTE 信號(hào)的功率與時(shí)間的對比關(guān)系

大多數(shù)器件中，諧波失真結(jié)果隨信號(hào)功率增加而增加。例如，信號(hào)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(hào)，最大功率的 CW 信號(hào)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(hào)三階諧波失真同調(diào)制 LTE 信號(hào)進(jìn)行了對比。所用失真模型是一個(gè)簡單的多項(xiàng)式：

Vout = Vin + coeff*Vin3

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(hào)生成 CW 信號(hào)以下三階失真結(jié)果 42 dB，而 LTE 信號(hào)生成 LTE 信號(hào)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(gè)信號(hào)的最大功率。

 
圖 2 諧波失真 CW 和調(diào)制 LTE 信號(hào)

因此，使用最大功率 CW 信號(hào)來估算我們理論器件中調(diào)制 LTE 信號(hào)的諧波失真將 LTE 信號(hào)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(hào)效果，而調(diào)制信號(hào)失真取決于信號(hào)功率的統(tǒng)計(jì)分布。在我們的例子中，一個(gè)最大功率以下 –7 dB的 CW 信號(hào)會(huì)產(chǎn)生與 LTE 信號(hào)相同的三次諧波失真水平（請參見圖 2）。由于調(diào)制 LTE 信號(hào)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(hào)功率設(shè)置為調(diào)制信號(hào)平均功率以上 4 dB。

對調(diào)制信號(hào)性能進(jìn)行更精確評估的一個(gè)快速法則是使用調(diào)制信號(hào)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(hào) PAR 為 6dB，則應(yīng)將 CW 信號(hào)設(shè)置為最大功率以下 -4 dB，然后測得相對于信號(hào)功率的諧波失真。這種法則對各種調(diào)制信號(hào)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。

參考文獻(xiàn)
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。

作者簡介
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。