无杂散动态范围SFDR计算

学术   2024-10-16 08:00   美国  

什么是动态范围?

动态范围是接收器可以容忍的最大输入电平除以最小输入电平信号。动态范围等于系统输入端的最大信号功率除以最小信号功率。将其转换为对数域,我们得到最大可接受功率 Psig(max)以 dBm 为单位,与最小可接受功率 Psig(min)之间的差值。

射频灵敏度,即可接受的最小功率,由灵敏度P定义。因此,如下图所示,我们不能将输入信号功率水平降低到 P sig(min)值以下;否则,将无法检测到信号。同样,存在一个上限,我们不能将信号功率增加到超过此值。

其中指出我们不允许将振幅增加到超过特定值;否则,系统将经历增益压缩,类似地,我们可以说 P sig(max),即信号功率的最大水平,等于 P1dB 的功率。如果输入功率增加超过此值,则系统增益将被压缩,并且将变为非线性并且可能无法正常工作。因此,对数log域中的动态范围定义为最大信号功率与最小信号功率之间的差值。

现在我们来分析系统中存在干扰源时的动态范围。干扰源噪声之间的关系包含在SFDR的定义中。如上图所示,下限,最小信号功率是P灵敏度。这里的上限是干扰源的最大功率,但在某些条件下。SFDR是这两个最大值和最小值之间的差值。当输入参考3阶互调(IM)产物不超过本底噪声时,干扰源的最大功率Pint(max)可以定义为系统的最大功率极限。

我们的输入处有干扰源,并且由于非线性,3 阶 IM 产物将出现在我们的信道中,并且会阻塞信号。

输出端的输出 IM3 或三阶 IM 乘积 (A o, IM3 ) 可称为放大器模块的输入(可以是任何模块、系统或整个系统),因此 A in, IM3称为输入参考互调产物。我们必须小心注意,这只是一个对比,因为 A in, IM3并不实际存在,我们实际上并没有这样的信号。但是,A o, IM3在输出端是真实的,它充当了阻塞器,但我们没有 A in, IM3。因此,要定义 SFDR,我们必须通过将输出 IM3 引用到输入来做出这种定义。

如果我们从互调产物的输出功率中减去对数域中的功率增益,我们就可以找到输入参考 互调产物的输入功率。

SFDR:如果我们将功率增加到超过 Pint(max) 值,则输入参考互调产物的功率将增加到超过本底噪声,这是我们不想要的。我们希望功率小于或等于本底噪声。因此,这定义了 SFDR 的上限。因此,就功率增益而言,最大功率和最小功率之间的关系将是:

我们可以根据干扰源的输入幅度和输出幅度以及输出端的 IM 产物来找到 IIP3,其公式为:

利用上述公式,我们可以根据 IIP3 功率和输入参考 IM3 功率找到干扰源输入功率。当 P in, int为最大值时,输入参考 IM3 功率不超过本地噪声

举例:

GSM 接收器的 SFDR,其 SNRout(min) = 12 dB,信道带宽为 200KHz,PIIP3 = 15 且噪声系数为 9 dB。

因此,SFDR为52.6 dBm,信号功率不能低于-101 dBm,干扰功率不应高于47.3 dBm。

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