混頻器IP3的測(cè)量以及測(cè)試誤差的來(lái)源分析

混頻器IP3的測(cè)量以及測(cè)試誤差的來(lái)源分析混頻器線性度一直是射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。混頻器的非線性會(huì)產(chǎn)生不需要的、不可濾的雜散、互調(diào)和非線性失真。例如，非線性混頻可能導(dǎo)致不希望的雜散，例如2fRF?2fLO或2fRF?fLO頻率分量，加劇射頻系統(tǒng)頻譜再生問(wèn)題。1、IP3和IMDIP3是分析雙音信號(hào)與其產(chǎn)生的互調(diào)項(xiàng)之間的關(guān)系的線性品質(zhì)因數(shù)。PInput是雙音射頻輸入信號(hào)的平均功率。PFund是頻率和的平均功率。PIMD3是和處的交調(diào)產(chǎn)物的平均功率（注意這里，非變頻器件的三階產(chǎn)物應(yīng)該是2f1-f2和2f2-f1；變頻器件雙音互調(diào)后，再與LO變頻得到和。圖1.1混頻器的輸出理論頻譜IIP3和OIP3都可以評(píng)估器件的非線性，混頻器中IP3的計(jì)算方式可以看下圖，頻譜中包含不需要的雜散，其中越靠近載波的雜散信號(hào)，越難濾掉。圖1.2混頻器的實(shí)測(cè)頻譜首先需要明確混頻器的IMD產(chǎn)物和雜散產(chǎn)物的區(qū)別。IMD是由多個(gè)接近的輸入頻率產(chǎn)生，和，一般認(rèn)為不是由RF/IF和LO的諧波混合產(chǎn)生的。比如一般被認(rèn)為是IMD產(chǎn)物；而1fLO-3fRF被認(rèn)為是雜散，是RF的諧波和LO產(chǎn)生的。圖1.3DUT是一個(gè)6GRF到下變頻到300MIF2、實(shí)測(cè)結(jié)果測(cè)試方法：固定LO為5.701G，測(cè)量RF6G±0.5M下變頻到299M±0.5M后的頻譜。圖2.1混頻器輸入/輸出接口f1是6.0005G單音信號(hào)，功率0dBm；f2是5.9995G單音信號(hào)，功率0dBm。為避免測(cè)量誤差，使用功率計(jì)在下圖中校準(zhǔn)平面校準(zhǔn)基波的功率。（校準(zhǔn)時(shí)，必須單獨(dú)每個(gè)tone輸出接功率計(jì)測(cè)量，否則功率計(jì)是把所有頻率的所有信號(hào)全部計(jì)算在內(nèi)，包括雜散，會(huì)造成功率誤差。）圖2.2快速但不理想的混合器IP3測(cè)量。然后校準(zhǔn)LO端功率，此時(shí)LO輸出功率一定要大，LO功率過(guò)小的話，無(wú)法驅(qū)動(dòng)混頻器正常工作（比如得到不正常的變頻損耗），可能得到不正確的ip3測(cè)量結(jié)果，這里用+15dBm@5.701G的LO重復(fù)多次功率校準(zhǔn)。校準(zhǔn)后，按上圖連接。當(dāng)我們計(jì)算IP3值時(shí)，我們通常會(huì)平均兩個(gè)輸入頻率和兩個(gè)IMD雜散的功率。可以先計(jì)算混頻器的OIP3，然后再計(jì)算混頻器的IIP3，因?yàn)檩斎牍β适且阎摹?(-8.55+-8.28)/2+{(-8.55+-8.28)/2-(-54.02+-53.93)/2}/2=+14.4dBm圖2.3實(shí)測(cè)DUT的IF輸出頻譜對(duì)于這種直接頻譜測(cè)量，結(jié)果看上去沒(méi)什么問(wèn)題。但我們沒(méi)有考慮測(cè)量中的非理想情況，比如測(cè)試原理、測(cè)試系統(tǒng)帶來(lái)的誤差。3、測(cè)試誤差來(lái)源分析3.1誤差來(lái)源1一個(gè)主要誤差來(lái)源是兩個(gè)RF輸入合成器之間的串?dāng)_。所有信號(hào)發(fā)生器都有鎖相環(huán)(PLL)，可將輸出頻率鎖定到內(nèi)部（或外部）參考頻率。當(dāng)在信號(hào)發(fā)生器的輸出端口出現(xiàn)反向信號(hào)時(shí)，無(wú)論是來(lái)自不匹配負(fù)載的反射功率，還是來(lái)自外部信號(hào)源的串?dāng)_，PLL鑒相器都會(huì)做出響應(yīng)。而信號(hào)發(fā)生器的輸出端口的反向隔離也是有限的，反向信號(hào)的功率會(huì)泄漏到鑒相器中。圖3.1可能的反向信號(hào)泄露到鎖相環(huán)的路徑而這個(gè)反向信號(hào)是怎么來(lái)的？如圖3.2中所示，由于功分器的2個(gè)輸出端口的隔離是有限的，并非理想隔離無(wú)窮大。導(dǎo)致2個(gè)信號(hào)源產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)相互串?dāng)_。Wilkinson功分器兩個(gè)輸出端的隔離遠(yuǎn)大于電阻式功分器，從功分器的一個(gè)輸出端口泄露到另一個(gè)輸出端口的功率會(huì)更低。使用Wilkinson功分器代替電阻式功分器，則串?dāng)_應(yīng)該會(huì)減少。圖3.2功分器的隔離有限，導(dǎo)致2個(gè)信號(hào)源之間發(fā)生串?dāng)_圖3.3使用Wilkinson功分器進(jìn)行混頻器IP3測(cè)量得到的結(jié)果，有改善。3.2誤差來(lái)源2所有頻譜儀在其IF包絡(luò)檢波器電路之前都有一個(gè)前端混頻器，該混頻器限制了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。為確保頻譜儀的混頻器不會(huì)讓其自身產(chǎn)生諧波成分并干擾測(cè)量，必須衰減進(jìn)入頻譜儀的功率以防止頻譜儀接收機(jī)過(guò)載。目的是抑制頻譜儀的前端混頻器重新混頻高階互調(diào)產(chǎn)物。DUT的IIP3大概為+22dBm，簡(jiǎn)單計(jì)算，對(duì)于進(jìn)入頻譜儀的輸入功率（兩個(gè)IF音調(diào)為-8dBm），則要求頻譜儀本底噪聲要小于-70dBm。如果在上面的測(cè)試環(huán)境中，增大頻譜儀前端HYPERLINK"/Attenuato