弥合基于CW测量的高速数据转换器规范和调制信号的之间的差异

作者：Robert Keller，德州仪器

我们一般使用连续波 (CW) 信号来描述高速模数转换器 (ADC) 和数模转换器 (DAC)。这样做的原因是：1）就 ADC 而言，CW 信号更易于通过 CW 生成器和窄带通滤波器无噪生成；2）就 DAC 而言，CW 信号更容易分析；3）它们具有许多标准参考测试，可在各种器件之间清楚地比较。然而，大多数现实系统都将高速数据转换器用于采样调制波形。弥合基于 CW 测量的各种规范和调制信号的系统要求之间存在的差异具有一定的挑战。

CW 信号和调制信号之间存在两种差异，会影响高速数据转换器的行为。首先，CW 信号没有带宽——能量被限定在某个单一频率；而调制信号有带宽，能量分布于某个频率范围。其中的一个结果便是 CW 信号失真在另一个频率引起 CW 谐波，而调制信号失真引起该信号之外更宽频率范围的谐波和交叉调制：二次谐波 2x、三次谐波 3x 等。在带宽与调制信号相同的某个频段能量的传播带来更低完整度的失真能量。

其次，大多数调制信号（只有如 GSM 中使用的 GMSK 等调制方案除外）均是对振幅进行调制，其产生比最大功率要低的平均功率。为了对比方便，CW 信号的功率恒定。图1 显示了存在的差异，其表明了调制长期演进 (LTE) 信号的功率与时间的对比关系。平均功率约为最大功率的 7%，即比最大功率低 11 dB。





大多数器件中，谐波失真结果随信号功率增加而增加。例如，信号功率每增加 1dB，三阶谐波结果便增加 3dB。因此，相比较低平均功率的调制信号，最大功率的 CW 信号具有更加明显的失真。图2 描述了这种情况，其将最大功率的 CW 信号三阶谐波失真同调制 LTE 信号进行了对比。所用失真模型是一个简单的多项式：




其中，谐波失真系数 coeff为任意选取，旨在说明巨大的失真量。

CW 信号生成 CW 信号以下三阶失真结果 42 dB，而 LTE 信号生成 LTE 信号以下三阶失真结果 56 dB。请注意，图2 所示功率已被标准化为每个信号的最大功率。




因此，使用最大功率 CW 信号来估算我们理论器件中调制 LTE 信号的谐波失真将 LTE 信号失真高估算了 14 dB。

什么是更精确的 CW 测试呢？一次 CW 测试永远都无法捕获完全一样的调制信号效果，而调制信号失真取决于信号功率的统计分布。在我们的例子中，一个最大功率以下 –7 dB的 CW 信号会产生与 LTE 信号相同的三次谐波失真水平（请参见图2）。由于调制 LTE 信号的平均功率为最大功率或者峰值功率以下 ~11 dB，这相当于将 CW 信号功率设置为调制信号平均功率以上 4 dB。

对调制信号性能进行更精确评估的一个快速法则是使用调制信号峰值功率与平均功率的 dB 比，然后设置 CW 功率为最大功率以下 2/3。例如，如果调制信号 PAR 为 6dB，则应将 CW 信号设置为最大功率以下 -4 dB，然后测得相对于信号功率的谐波失真。这种法则对各种调制信号类型（例如：OFDM、WCDMA 和 QAM 等）都很有效。