射频电路中的非线性考虑因素

介绍

非线性是许多函数的敌人，因为它偏离了良好的比例关系Vout = K*Vin。K 只是一个常数标量项。这就是设计工程师希望他们的放大器、换能器、传感接口等获得的......

对于RF等某些域，非线性具有其他不利影响，即谐波和互调产物;那些主要负责扰乱有用的数据

本讨论分为几篇博客文章，涵盖了RF元件非线性问题的特定观点。更具体地说，RF人员定义一组特定参数来评估组件的线性度水平。谐波、互调产物 （IMn）、截点 （IPn）、1 dB 压缩点 （IPn）、相位噪声和 ACPR 是最著名的代表。其中，IP3（三阶截点）是最受欢迎的一种。

首先是介绍非线性在一般电子功能中的重要性，特别是在射频部件中的重要性。

为什么线性如此重要？

许多电子设备的主要目标始终是复制简单、易于复制的理想数学函数。一个简单的例子是一个电阻器，它设计用于再现电压和电流（VI）之间的线性关系。电阻只是VI响应的斜率。

我们都知道，V = R × I的理想关系不可能在100%的时间内实现。人们可以接近它，但设备固有的缺陷和局限性会导致理想曲线的偏差。当信号（I，V）很大和/或其他条件（如温度，湿度和压力）变化时尤其如此。为了补偿这些固有偏差，我们希望电阻R尽可能线性，并在很宽的信号和条件下保持线性。然而，实际上，电阻在（VI）特性方面具有更复杂的曲线（图1中的红色虚线）。

图1.红色虚线表示实际（不完美）电阻。当 I 和 V 曲线变大时，线性度会损坏。

其他需要良好控制线性度的IC元件包括放大器、数据转换器、VCO、混频器和功率放大器。使用这些IC，偏离理想的VI关系会导致不稳定、不符合规格和干扰。它甚至可能导致故障或破坏设备和/或整个系统。

RF中的线性度或非线性度

根据信号类别及其动态范围，定义不同的参数和方法来可视化、评估、测量和比较实际设备的线性特性。

电阻线性度通常以标称值R的%为单位进行测量。这通常足以理解设备上的电流和电压引入的误差。

我们将在后续的博客文章中看到LNA、混频器、滤波器、PA和其他组件中的RF功能如何产生非常大的信号动态，并将谐波、干扰和饱和作为非线性的关键影响引入。已经定义了几个参数来表征输入和输出之间的这种非理想关系：

1dB 压缩点 （CP-1分贝)

压缩动态范围 （CDR）

无杂散动态范围 （SFDR）

脱敏动态范围 （DDR）

截取顺序点 n （IPn）

由于上述所有术语都表明设备的线性度有多好（或坏），因此它们之间确实存在关系。虽然此检查承认上述参数类，但它只关注截距点或 IPn（n 可以是 2、3、4 等）。很明显，IPn（尤其是IP3）最能揭示非线性如何对有用信号产生负面影响。它使干扰直接注入所需的信号带宽。因此，无论其他参数如何，这里只能关注IP3性能。因此，简而言之，IPn越高，设备的线性就越强。

可以观察到，这是大多数现有RF组件的数据表，例如LNA，混频器，缓冲器

射频电路的特别关注是由射频设备将频率用作传输工具（即载波）和数据/信息内容（即调制/解调方案）这一事实引发的。损坏和干扰直接作用于它们，导致通信错误。

总结

这篇博文介绍了什么是线性和非线性及其潜在影响，特别是对于RF函数。

审核编辑：郭婷