本教程介紹并定義了混頻器、放大器和振蕩器數(shù)據(jù)手冊(cè)中使用的RF術(shù)語。描述的術(shù)語包括：增益、轉(zhuǎn)換增益、相位噪聲、三階交調(diào)截點(diǎn)、P1分貝、插入損耗、輸出功率、VCO 頻率牽引/推動(dòng)、頻率漂移、建立時(shí)間、調(diào)諧增益和調(diào)諧范圍。提供圖形和圖像以說明關(guān)鍵概念。

本教程介紹無線IC數(shù)據(jù)手冊(cè)中的一些常見規(guī)格。這些規(guī)格適用于放大器、混頻器和振蕩器。放大器和混頻器的規(guī)格相同，只有少數(shù)例外。壓控振蕩器 （VCO） 具有一組獨(dú)特的規(guī)格。

圖1.放大器、混頻器和VCO構(gòu)成一個(gè)簡單的無線接收器。

常用放大器和混頻器規(guī)格

增益是無線構(gòu)建模塊（即放大器或混頻器）的電壓或功率增益。增益規(guī)格在數(shù)據(jù)手冊(cè)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(gè)術(shù)語通?？梢曰Q。這是因?yàn)楫?dāng)輸入和輸出阻抗相同時(shí)，電壓和功率增益的增益值相同，單位為dB。例如，20dB增益相當(dāng)于電壓增益的10V/V倍。10V/V的電壓增益也相當(dāng)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(shù)語互換而不會(huì)混淆。

轉(zhuǎn)換增益規(guī)格適用于混頻器或頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備。之所以稱為轉(zhuǎn)換增益，是因?yàn)檩斎牒洼敵鲱l率不同。輸入信號(hào)通過混頻作用轉(zhuǎn)換為更低或更高的頻率。

插入損耗或衰減是一種增益規(guī)格，但輸出電平通常相對(duì)于輸入降低。也就是說，輸出信號(hào)幅度小于輸入。

輸出功率是可用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載的RF功率，通常為50Ω。它通常以dBm（以dB為單位的毫瓦數(shù)）表示。例如，250mW 是 10 × 對(duì)數(shù)10（250） = +24dBm。

以下是一些以dBm為單位的功率示例，假設(shè)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(diǎn) （P1分貝） 是輸出功率的品質(zhì)因數(shù)。更高的壓縮點(diǎn)意味著更高的輸出功率。P1分貝處于輸入（或輸出）功率時(shí)，與極低功率下的增益相比，增益降低 2 dB。請(qǐng)參考圖1，增益與輸入功率的關(guān)系圖。注意增益如何隨著輸入功率的增加而降低。這是因?yàn)檩敵鲈谧畲笾禃r(shí)飽和，功率不可能進(jìn)一步增加。<>dB壓縮點(diǎn)可以在輸入或輸出端指定。例如，如果輸出 P1分貝規(guī)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(guān)系圖。高輸出功率時(shí)增益降低，因?yàn)檩敵鲆扬柡汀?/p>

三階交調(diào)截點(diǎn) （IP3） 是線性度或失真的品質(zhì)因數(shù)。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(jìn)行測(cè)試。圖3顯示了頻域中的雙音IP3測(cè)試。放大器的輸入是兩個(gè)正弦波（基波），一個(gè)在900MHz，另一個(gè)在901MHz，在這里顯示的示例中。放大器的輸出端是兩個(gè)所需信號(hào)。由于放大器不是完全線性的，它還會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)三階交調(diào)（IM3）產(chǎn)品。IM3 通常以 dBm 為單位。此處顯示的IM3失真產(chǎn)物的頻率非常接近所需信號(hào)，并且無法通過濾波輕松去除。為了減少三階失真產(chǎn)品，必須提高IP3規(guī)格。

三階交調(diào)產(chǎn)物是通過放大器或混頻器中的非線性對(duì)雙音輸入進(jìn)行混合（或調(diào)制）的結(jié)果。兩個(gè)IM3產(chǎn)品是：

圖3.雙音 IP3 測(cè)試（左）。輸入端有兩個(gè)輸入音（右）。輸出包含兩個(gè)放大音、IM3 產(chǎn)物和諧波失真。

在數(shù)學(xué)術(shù)語中，IP3是一個(gè)理論輸入功率點(diǎn)，在該功率點(diǎn)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(hào)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(diǎn)是三階截點(diǎn)。此時(shí)假設(shè)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(diǎn)是假設(shè)的 IP3。

諧波失真是另一種失真規(guī)范。它指定了以基頻的整數(shù)倍產(chǎn)生的失真產(chǎn)物（圖 3）。例如，二次諧波失真指定為-60dBc意味著基頻兩倍時(shí)的失真輸出幅度比基波低60dB。因此，dBc是低于基波的dB數(shù)（dBc傳統(tǒng)上表示低于載波的dB）。諧波失真規(guī)格在有線電視等寬帶應(yīng)用中至關(guān)重要，但在手機(jī)等窄帶應(yīng)用中則不那么重要，因?yàn)槭д娈a(chǎn)物很容易被濾除，因?yàn)樗鼈儽惠^大的頻率差隔開。

噪聲因數(shù)是放大器和混頻器產(chǎn)生的噪聲的品質(zhì)因數(shù)。它將元件產(chǎn)生的噪聲與室溫下50Ω電阻的熱噪聲進(jìn)行比較。例如，噪聲因數(shù)為2時(shí)表示放大器的噪聲與50Ω電阻一樣。在數(shù)學(xué)方面，

其中 P一個(gè)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(shù)通常在無線數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出。它是以dB表示的噪聲因子。也就是說，噪聲系數(shù)等于 10 × log10（噪聲系數(shù)）。典型的低噪聲放大器（LNA）的噪聲系數(shù)為1dB，這意味著放大器產(chǎn)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(hào)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(huì)進(jìn)一步降低SNR。因此，RF接收機(jī)前端的噪聲系數(shù)必須保持在最低水平。

回波損耗是信號(hào)反射的品質(zhì)因數(shù)。回波損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(shù)學(xué)術(shù)語中，回波損耗為-10×對(duì)數(shù)[（反射功率）/（入射功率）]。回波損耗通常同時(shí)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(fù)載。通常，設(shè)計(jì)人員的目標(biāo)是至少10dB的回波損耗。有時(shí)違反這個(gè)10dB回波損耗“經(jīng)驗(yàn)法則”，以便在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更好的噪聲系數(shù)、IP3或增益。

振蕩器 （VCO） 規(guī)格

相位噪聲是振蕩器頻譜純度的品質(zhì)因數(shù)。理想情況下，振蕩器的輸出是由一條垂直線表示的單個(gè)頻率。實(shí)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(yuǎn)離載波的偏移頻率與載波功率的比率。例如，100kHz 偏移時(shí)的相位噪聲規(guī)格為 -100dBc/Hz，這意味著在距離載波 1kHz 時(shí)，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(hào)混合并轉(zhuǎn)換為IF。如果存在干擾信號(hào)（來自另一個(gè)發(fā)射器），則它也與LO混合并向下轉(zhuǎn)換為IF頻率范圍。由于干擾源比目標(biāo)信號(hào)強(qiáng)得多，相位噪聲的“尾端”會(huì)溢出到IF通道中。這種噪聲會(huì)降低信噪比并降低接收器的性能。低相位噪聲LO在具有強(qiáng)干擾源的此類接收器中很重要。

圖6.目標(biāo)信號(hào)和干擾信號(hào)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(diào)諧范圍是VCO覆蓋的頻率范圍。例如，VCO的標(biāo)稱頻率為900MHz，但可以通過改變其調(diào)諧輸入端的調(diào)諧電壓，在850MHz至950MHz之間調(diào)諧。調(diào)諧范圍為 100MHz。通常需要寬調(diào)諧范圍，以覆蓋指定電源電壓和溫度范圍內(nèi)的工作頻率范圍。

調(diào)諧增益或VCO增益是衡量調(diào)諧輸入電壓變化時(shí)VCO的靈敏度的指標(biāo)。例如，50MHz/V的調(diào)諧增益意味著50V調(diào)諧電壓變化將有1MHz的頻率變化。通常需要低調(diào)諧增益，因?yàn)樽內(nèi)?a target="_blank">二極管與振蕩器的諧振電路松散耦合，因此通常會(huì)產(chǎn)生較低的相位噪聲。

頻率牽引是VCO響應(yīng)負(fù)載條件變化而表現(xiàn)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(dòng)是VCO響應(yīng)電源電壓變化而表現(xiàn)出的頻率變化。電源變化會(huì)影響VCO有源器件結(jié)點(diǎn)上的直流電壓，進(jìn)而通過影響整個(gè)諧振來改變振蕩頻率。電源推動(dòng)量將決定需要多少電源電壓調(diào)節(jié)/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(shè)備本身的使用年限。

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

圖7.VCO建立到更高頻率的輸出。

審核編輯：郭婷