解开射频放大器规格:互调失真和截取点

在选择放大器时，设计人员需要了解放大器在受到具有两个或更多个相距较近的频率分量的信号激励时会表现出哪些失真分量。对于常见的线性放大器，这种失真通常在数据表中表示为两个测试频率之间的互调失真 (IMD)。

但是，对于面向射频 (RF) 的放大器，例如低噪声放大器 (LNA)、RF 功率放大器 (PA) 和 RF 增益模块，截点 (IP) 规范通常表示双音失真，称为输入（IIP）或输出（OIP）。由于线性和射频放大器速度在现代高速放大器（如LMH6401 ）中融合在一起可变增益放大器，重要的是要了解这两个规格如何相关以及它们反映设备性能的方式。

LMH6401是一款面向直流到射频(RF)、中频(IF)和高速时域应用的宽带、数控可变增益放大器(DVGA)。对于需要自动增益控制(AGC)的直流或交流耦合应用而言，该器件是一款理想的ADC驱动器。
该器件对噪声和失真性能进行了优化，以便驱动超宽ADC。放大器在最大增益条件下的噪声系数为8dB，在1GHz满量程信号电平条件下的谐波失真为–63dBc。该器件支持单电源和分离电源供电，以驱动ADC。该器件提供了共模参考输入引脚，以便使放大器输出共模符合ADC输入要求。

让我们先看看 IMD，因为它是两个规格中更简单的一个。放大器受到频率和的双音信号激励时，它会在频率 处产生谐波失真产物，并且还会在从 1 开始的整数处产生互调产物 。 与谐波产物类似，总互调产物频谱通常为由二阶和三阶组件主导，因为高阶通常功率相对较低。（出于这个原因，我将只重点讨论二阶和三阶互调分量：，分别。）IMD值是输入信号之一的功率（假设功率相等）与所需的互调分量之间的差值。图 1 显示了谐波失真和 IMD 产品的视觉关系。

图 1：互调和谐波失真产物

从定义中，您可以看到 IMD 仅仅是基波和 n 阶互调产物之间的功率差（ IMD n = P fund – P IMn）。从这里，您现在可以了解 IMD 值与 IP 之间的关系。

与 IMD 不同，IP 值不是实际测量值，而是用于获得描述系统线性度的品质因数的数学计算。为了理解这一点，首先想象一个略微非线性的系统，其基本功率增益为 1 和双音激励（用于测量 IMD 的设置相同）。由于系统是非线性的，它将具有 n阶互调分量，该分量会随着输入功率以 n 比 1 的比率增加。然后将 IP 定义为 n 阶互调产物功率等于基波功率的理论点。

图 2 显示了二阶和三阶 IP 与基波功率以及各自的互调产物功率相关的可视化表示。

图 2：截取点 (IP) 的可视化表示

IP 只是理论上的，因为系统会在达到实际 IP 之前达到最大输出功率点。从图 2 中，您可以看到更线性的系统（例如，具有较低功率互调产物的系统）会将互调产物线“移动”到右侧，从而增加 IP 的价值。

您可以使用公式 1 轻松计算 n阶输出截距：

其中 是您正在计算的截距阶， 是一个基音的输出功率， 是输出功率或-阶互调产物。

这个方程可以通过从值中减去系统增益来引用输入， 。

以常用计算的三阶输出IP为例，公式1变为公式2：

您知道三阶互调失真 (IMD3) 值等于 ，因此您可以轻松地将公式 2 重写为公式 3：

使用TI LMH6401高速可变增益放大器的数据表，您可以使用 IMD3 和 OIP3 规格编号来验证公式 3。在 500MHz 时，LMH6401 的 OIP3 值为 40dBm，IMD3 值为 83dBc，两者均每个输出基音的功率为 -2dBm。将这些数字代入公式 3 会得出以下结果：

考虑到 0.5dB 的舍入误差，您可以看到计算出的 OIP3 值与数据表中给出的值相匹配。

我希望这些解释和示例现在可以帮助您理解 IMD 和 IP 之间的关系，以及它们如何有助于理解系统。IMD 是一种物理测量，用于描述 IMD 组件的相对功率水平，当您必须了解各种组件的实际功率时很有用。IP 可用作系统线性度的一个数字或优点，但不会立即关联任何精确的测量值。了解这两个规范可以让您更好地了解与双音失真相关的系统性能。

你曾经混淆过IMD和IP吗？它在您的设计中引起了哪些类型的问题？