對數(shù)放大器的技術(shù)指標(biāo)

這里我們有必要對對數(shù)放大器的相關(guān)指標(biāo)做進一步的說明，因為他們與工程實踐密切相關(guān)。也是在使用對數(shù)放大器中必須考慮的問題。

噪聲

所有信號處理系統(tǒng)都受到隨機噪聲的限制，這便對最小信號設(shè)置了可被檢測或識別的門限。隨機噪聲和信號輸入端的帶寬密切相關(guān)，隨機噪聲常用“噪聲頻譜密度（SND）”來定義，總的噪聲功率與系統(tǒng)的噪聲帶寬BN（用Hz來表示）成正比。在線性系統(tǒng)中，輸出噪聲功率N與系統(tǒng)的帶寬有關(guān)，這里的帶寬通常是指 3dB帶寬，對于理想低通系統(tǒng)而言，3dB帶寬就是系統(tǒng)的等效噪聲帶寬。而在非線性系統(tǒng)中例如對數(shù)放大器，情況就不同了，即使輸入端很小的噪聲都會引起放大器末級的過載現(xiàn)象。因此對數(shù)放大器的主要缺點是會降低大信號的信噪比。所以對數(shù)放大器的前級一般的噪聲頻譜密度（NSD）設(shè)計的非常低。例如 AD8307的前級放大器SND為1.5nV/。

交調(diào)失真

兩個單一頻率的交調(diào)失真指標(biāo)在射頻應(yīng)用中特別重要。它是表征放大器的交調(diào)失真（IMD）的質(zhì)量因數(shù)。諧波失真是由幅度傳遞函數(shù)特性中的非線性所致。交調(diào)失真由兩個或更多不同頻率的信號混頻而成。當(dāng)輸入信號只含一種頻率時，放大器的輸出僅產(chǎn)生諧波失真，若輸入信號含兩中頻率，則輸出產(chǎn)生諧波失真和交調(diào)失真。此時，輸出包含了放大器的直流偏移、有用信號、二次諧波、二階交調(diào)失真、三次諧波、三階交調(diào)失真等等。大多數(shù)的交調(diào)失真可以被濾掉（包括二階交調(diào)失真），但輸入信號的兩個頻率靠的很近時，三階交調(diào)失真將和兩個基頻相近而不容易被濾掉。通常三階交調(diào)失真與窄帶應(yīng)用有關(guān)，而二階交調(diào)失真與寬帶應(yīng)用有關(guān)。如果放大器的非線性可以用冪級數(shù)展開的話，那么輸入信號每增加1dB，二階交調(diào)失真會增加 2dB，三階交調(diào)失真會增加3dB。輸入信號超過一定值后，放大器開始飽和，同時IMD分量明顯增加，理想輸出功率和二階交調(diào)，三階交調(diào)失真功率會會在某一點相交。這些交點在縱軸上的投影既對應(yīng)的輸出功率通常為放大器輸出功率提供基準(zhǔn)。交點功率越大，使
IMD增大的電平就越大。所以給定的信號電平下IMD就越低。（如圖4所示）。另一個值得關(guān)注的參數(shù)是1dB壓縮點（1dB compression point）,從這點開始，輸出信號已開始受到限制，并相對理想的輸入輸出曲線衰減1dB。

圖4 交調(diào)失真

動態(tài)范圍

系統(tǒng)的動態(tài)范圍的下端在能夠保證測量精度的范圍內(nèi)受噪聲的限制，而信號范圍的上端受放大器非線性方面的影響。因此，在實際應(yīng)用中規(guī)定系統(tǒng)動態(tài)范圍的一種方法是確定信號的大小使其總諧波失真（THD）在某種可接受的程度，比如1%?；蛞?guī)定使系統(tǒng)的輸出功率相對理想輸出功率下降1dB的信號電平（1dB壓縮點）。顯然，測定系統(tǒng)動態(tài)范圍依賴于信號的性質(zhì)和采用的處理方法，沒有單一的標(biāo)準(zhǔn)可用來精確測定所有系統(tǒng)的動態(tài)范圍。事實上，信號處理系統(tǒng)設(shè)計的中心問題是對每一部分進行優(yōu)化，使其能恢復(fù)出最大可能的信息。

對數(shù)斜率和截距

斜率（slope）和截距(intercept)是表征對數(shù)放大器傳遞函數(shù)的兩項技術(shù)指標(biāo)，如圖5所示，輸入很小的情況下，對數(shù)函數(shù)可以認為是線性，在對數(shù)坐標(biāo)中輸入-輸出曲線比較平緩。隨著信號的增大對數(shù)曲線為一條直線，對數(shù)斜率定義為：輸出信號（V）/輸入信號（dBm）。若將傳遞函數(shù)的線性部分延長與坐標(biāo)橫軸相交，其交點的橫坐標(biāo)值被稱為截距，它反映了對數(shù)放大器對于小信號的增益，線性部分的斜率則表明了輸出信號相對于輸入信號的變化。成為對數(shù)斜率。它表明隨著信號的增大，對數(shù)增益的變化。一旦對數(shù)放大器的斜率和截距確定后，其信號的輸入和輸出就可用下面的公式計算UOUT=斜率×（UIN-截距）。由公式可以看出截距的增加會導(dǎo)致輸出電壓的下降。

對數(shù)一致性誤差

在消除了參考電流誤差和失調(diào)分量后，對數(shù)放大器輸出端呈現(xiàn)的實際電壓值與傳輸特性方程所算出的理想值的差值稱為對數(shù)一致性誤差。它與器件的動態(tài)范圍、頻率特性和溫度密切相關(guān)。一個成熟產(chǎn)品的對數(shù)放大器制造出來后其對數(shù)一致性誤差也就響應(yīng)的定了下來。因此，定義在一個可接受的誤差范圍內(nèi)（比如±3dB），相應(yīng)的對數(shù)放大器的動態(tài)范圍也就確定。例如，AD8307的對數(shù)一致性在100Hz時為±0.3dB，500Hz為±1dB。