频谱应用的第四部分-动态范围

定阳硬件设计和测试智囊团文档编号: HWTT0052频谱应用解决方案4 —动态范围ThinkTank注意许认为“动态范围”是一个很难理解的概念. 杨鼎先生撰写本文的时间和精力是前三篇文章的总和. 我在前面写过它，但是由于内容太难了，我把它压低了并写了另一篇文章. 杨鼎先生在开篇中写道: “古人经常说月亮上的星星稀疏，而夜空中原来明亮的星星在月亮周围却暗淡稀疏. 只能看到几个明亮的星星. ”诗意的语言是什么！这种富有诗意的表达方式无意满足互联网时代的浅层阅读需求，这也意味着作者对动态范围的理解已经达到一种状态！只有在这样的境界下，文章才能“粗糙”. 请阅读！请继续关注本系列的下一篇文章，这很令人兴奋！在一系列文章的上一篇文章“噪声”中，我们提到了几个概念: 电子测量系统中的噪声通常来自两个部分，即目标本身和测量本身；以及噪声. 只有目标噪声大于测量本身的噪声. 被测量. 如果将此处的噪声视为一般性干扰，也可以将其进行比较，因为尽管电子测量系统的测量目标是各种电信号及其干扰，但测量系统本身也具有与测量目标类似的各种干扰. 对于信号之类的测量仪器，该结构实际​​上通常是通用.

当我们经常使用信号来测量通信的噪声，混合，压缩和互调时，请不要忘记本身作为的特性，并且要求比测量目标. ，更加详尽. 阳鼎深圳市鼎阳科技鼎阳硬件设计与测试智囊团文档编号: HWTT0052根据上一篇文章的带宽，频率和噪声，本文将讨论频谱的另一个重要概念分析器: 动态范围（动态范围）. 在诸如测试信号的谐波失真，三阶互调，通信通道的峰均比和相邻通道泄漏等情况下，动态范围是非常重要的测试条件. 但是，鉴于定量动态范围分析的空间太大，本文试图对定性动态范围分析做出一些解释. 流行地解释动态范围的概念，例如视觉的动态范围. 古人经常说月亮上的星星稀疏，而夜空中原来明亮的星星在月亮周围显得暗淡稀疏，只能看到一些明亮的星星. 这是眼睛对亮度的适应. 大多数恒星仅在漆黑的夜晚显得如此明亮，但视觉动态范围的上限在月亮附近升高. 星星的亮度调整为月亮的亮度. 但是，由于视觉动态范围的大小有限，因此下限也会增加，并且不再可以看到较暗的星星. 同样，人类对听觉的感觉和闻到的气味的感觉都类似于接收分析的动态范围. 与频谱相比，不同大小的测量信号通常需要不同的设置，也就是说，我们经常无法同时测量一个大值和另一个小值.

因此，动态范围中的“范围”是指频谱可以在不更改设置的情况下同时测量的较大电平信号和较小电平信号之间的幅度差. “动态”表示此范围不是固定的，它取决于要执行的实际测量，也就是说，动态范围取决于测量目标. 通常我们称动态范围是指无失真的动态范围. 首先看一下确定频谱无失真动态范围上限和下限的因素. 作为通用接收机，频谱的动态范围与其前端的非线性分量（如混频器，放大器等）之间具有密切的关系，而非线性分量主要受混频器失真的影响. 混频器（通常是二极管结构）是典型的非线性设备. 实际上，非线性设备的响应总是存在一定的失真. 我们仅在一定的输入输出近似线性工作区域中使用它，即失真不够大. 根据条件. 定阳硬件设计与测试智库文档编号: HWTT0052图1混频器输入和输出此处描述的混频器失真可分为两类: 振幅失真，混频器振幅输出不再跟随原始输入，而输入随线性变化是通常用输出增益降低1dB的水平来衡量，这称为增益压缩. 如图2所示，非线性设备（例如图2中的混频器）的1dB增益压缩频率失真，除了所需的中频之外，混频器还会产生一个新的频率分量，通常会对此进行描述到基频的数量.

使用频谱测量单音信号及其谐波时，随着输入电平的增加，混频器生成的谐波（谐波）的频率分量会越来越大；当测量多音信号及其谐波和各种互调时，随着输入电平的增加，混频器产生的互调（Intermodulation）的频率分量也会变大. 频率失真通常用基本频率的顺序表示. 阶数越高，失真能量的变化越剧烈. 因为其变化率高于基波，所以当基波达到一定水平时，二阶和三阶失真分量将受到明显影响. 尽管高于四阶的失真变化率较大，但是起始点较低，但输入尚未发挥明显作用时通常达到1dB的增益压缩点，因此通常不会高于四阶的失真. 考虑过的. 在许多情况下，测量目标的失真与频谱本身的失真非常相似. 频谱谐波和互调的新增加的频率成分通常落在非常接近我们需要测量的信号的频率上，这很难过滤. 除;有些落在完全相同的测量频率上，增加了测量误差. 频谱的这些失真决定了频谱动态范围的上限，即输入信号达到一定水平，该失真会严重影响测量结果. 定阳硬件设计与测试智库文档编号: HWTT0052如图3所示，可以看到最接近蓝色双音载波的红色三阶互调信号具有最高的幅度. 过滤非常困难，因为它非常靠近载体. 一阶失真信号通常离载波较远，幅度较低.

三阶互调是衡量频谱抗失真性能的重要指标. 图3由混频器在两音输入信号上产生的各种频率失真的动态范围的下限由DANL的当前设置确定. 从上面的图1可以看出，输入衰减器在信号输入过程中起着非常重要的作用. 它确定输入端口上的信号衰减量，确定输入混频器的信号电平，混频器确定混频器. 变频器产生的失真量还决定系统噪声系数的大小. 上一篇文章中DANL的公式，当衰减器的衰减很大时，DANL会很高，但混频器的失真很小，因此上限允许更高的输入，但不适用于测量小信号衰减器当衰减很小时，DANL会很低，但是混频器的信号电平会很大. 在这种状态下，允许输入的上限非常低，不适合测量大信号，但适合测试小信号. 因此，衰减器的设置会显着影响到达混频器的输入电平的大小，即动态范围的大小. 它对本底噪声和失真有相反的影响，这恰恰是频谱的动态特性. 范围的上限和下限，那么如何找到最大动态范围？如图4所示，通过调节衰减器设置，可以间接调节混频器的输入电平，从而可以在DANL和失真之间找到平衡. 这一点称为最佳混频器电平，指的是混频器产生的非线性失真的各个分量，它们恰好等于当前的DANL.

增加衰减器将增加噪声并减少失真. 减小衰减器将增加失真并降低噪声. NF Hz 1RBWlog 10 dBm 174 danl-Pyang yang丁阳硬件设计和测试智库文档编号: HWTT0052图4动态范围与失真和噪声的关系两者之间的关系与两者相似天平的两端，根据测量目标设置衰减器的不同设置. 图5动态范围适用于不同的测量目标. 如果您对“频率分辨率”系列的第一部分仍然印象深刻，则应该记住相位噪声与DANL之间的关系，因为在测量大信号时，载波的近端通常会比DANL高，因此，相位噪声不仅决定着近端频率分辨率，而且还决定了硬件设计和测试智囊团的文档编号: HWTT0052也影响着近端动态范围. 通常，三阶互调失真的测量需要载波近端的动态范围，该范围受相位噪声的影响. 如图5所示，相位噪声会增加载波附近动态范围的下限. 当测量短距离的三阶互调失真时，只能显示相对较大的失真信号，否则会受到相位噪声的影响. 如果该两个音调距离相对较远，则可以清楚地观察到三阶互调失真. 图6相位噪声对三阶互调测试的影响. 并非所有情况都可以在最大无失真动态范围点进行测试. 在这些情况下，如果您测试谐波，互调等，则会测量载波信号的失真分量.

当输入电平较大时，如果此时动态范围设置不合适，则会在频谱中引起失真. 这些失真和要测量的信号叠加在一起，无法判断真实的测量结果. 如何判断失真是频谱内部产生的还是被测信号本身的失真？最简单的方法是通过设置频谱的衰减器来快速确定. 通过调节衰减器的衰减，如果失真分量的显示值保持不变，则失真分量是输入信号的一部分；如果显示值发生变化频谱的失真测量，则会在内部产生失真分量，或者内部信号与，则需要添加单独的的各种陈述. 图4显示了频谱中不同场景下的范围. 底部的蓝色底部是DANL，通常以最小RBW和最小衰减给出. 定阳硬件设计与测试智囊团文档编号: HWTT0052显示的范围是: 红色是仪器允许的最大水平，这是频谱的标称测量范围；橙色是无混频器的1dB增益压缩失真动态范围，粉色是三阶非互调失真动态范围，绿色是二阶无谐波动态范围，棕色是无噪声边带失真动态范围. 图7频谱中的几个动态范围. 在分析这些动态范围指标时，它通常是第一级混频器的指标描述，因此通常在0dB衰减下给出.

例如，1dB压缩点的特性，当衰减器为0时，系统的1dB压缩点就是混频器的1dB压缩点；如果将衰减器增加到10dB，则系统的1dB压缩点将跟随“升高到10dB”，这似乎表明该指标有所改善，但实际上暗示着特殊情况. 频谱的其他二阶和三阶失真指标基本上在0dB衰减下给出. 图8定阳科技SSA3000X系列频谱的失真指数最后，通过上述部分的分析，可以看出频谱的动态范围受四个因素的影响: 定阳硬件设计和测试智库文档编号: HWTT0052输入混频器的失真性能（非线性特性）: 1db增益压缩范围，二阶无失真范围，三阶无失真范围等，决定了动态范围的上限. 系统噪声系数（噪声特性）: 影响DANL的级别，并确定远端动态范围的下限. 本地振荡器的相位噪声（近端特性）: 高于DANL的相位噪声决定了近端动态范围的下限. 分辨率带宽RBW性能: 影响DANL和相位噪声可以达到的最低水平，并确定动态范围的下限. 没有动态范围是最好的. 如上所述，不同的动态范围用于不同的测量目的. 确保根据相应的测量方案估算所需的上限和下限. 通过调整前端衰减器/放大器的设置和分辨率带宽，可获得最佳的动态范围.

定阳市硬件设计与测试智库文档编号: HWTT0052具有“智能众筹”模型的硬件智库. 定阳五客，电子邮件群和其他互联网工具以及“离线”专家论坛和专家脉搏. “”共享坚持原创性，坚持干货，保持集中和深耕. “离线”专家论坛邀请与硬件相关的一线专家分享“最干燥”的硬件设计和测试知识和经验，并进行面对面的讨论； “离线”专家紧紧抓住脉搏并通过大数据进行连接，以促进特定问题的解决，并且将远程咨询与现场问题解决相结合的“精确匹配”的专家是最熟悉该特定问题的专家.

定阳硬件智囊团，一起工作以连接所有硬件人员. 如果您遇到硬件问题，请与鼎阳硬件智囊团联系. 定阳市硬件设计与测试智囊团文档编号: HWTT0052关于定阳市定阳科技（SIGLENT）是一家专门从事通用电子测试与测量仪器及相关解决方案的公司. 自2005年推出首款数字示波器产品以来，鼎阳科技已成为全球增长最快的数字示波器制造商，已有10年的历史. 经过多年的发展，定阳的产品已扩展到包括数字示波器，手持式示波器，函数/任意波形发生器，频谱，台式万用表和直流电源. 2007年，定阳与高端示波器的领导者力科建立了全球战略合作伙伴关系. 2011年，鼎阳发展成为中国领先的数字示波器制造商. 2014年，定阳发布了中国第一台智能示波器SDS3000系列，引领了从功能示波器到智能示波器的“单手”实验室的发展趋势. 目前，鼎阳已在美国克利夫兰和德国汉堡设立了分支机构，其产品远销世界70多个国家. SIGLENT逐渐成为世界知名的测试和测量仪器品牌.

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