信号链基础之CW信号和调制信号间的差异

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11dB。

图1 调制LTE信号的功率与时间的对比关系

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：

Vout = Vin + coeff*Vin3

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

图2 谐波失真CW和调制LTE信号

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14dB。

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–7dB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~11dB，这相当于将CW信号功率设置为调制信号平均功率以上4dB。

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-4dB，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。

下次，我们将讨论更多详情，敬请期待。

参考文献

如欲了解数据转换器的更多详情，敬请访问：www.ti.com.cn/dataconverters。

作者简介

Robert Keller现任高速数据转换器系统与应用经理。他在无线基础架构通信、测试与测量以及军用系统的高速产品技术支持方面拥有长达9年的工作经验。他毕业于圣路易斯华盛顿大学(Washington University, St. Louis)，获物理与数学学士学位，后又毕业于斯坦福大学(Stanford University)，获应用物理学博士学位。他拥有10项网络与传感器应用美国专利。

作者：Robert Keller 来源：德州仪器(TI)