Weston Sapia    凌力爾特公司（現隸屬ADI公司） RF 應用工程師

在混頻過(guò)程中，混頻器在其輸出端上產(chǎn)生的并不只是所期望的信號。位于輸入和 LO 頻率之整數倍上的其他無(wú)用信號也會(huì )出現在混頻器的所有端口上。這些寄生信號接著(zhù)又相互混頻并離開(kāi)混頻器的輸出端口而進(jìn)入信號鏈路的其余部分。此類(lèi)不希望有的輸出信號被稱(chēng)為 “雜散脈沖”。假如這些雜散脈沖的功率足夠高，那就會(huì )在射頻設計中引發(fā)很多問(wèn)題，例如：發(fā)送器中相鄰通道的污染、接收器中的靈敏度損失、或期望信號自身的失真。視系統要求的不同，有多種處理此類(lèi)問(wèn)題信號的方法。謹慎的頻率規劃和濾波雖然能夠有助于大幅度減少雜散脈沖的數量，但是它們總是會(huì )有。因此，系統設計師必需在混頻器輸出端上準確地測量雜散電平，以確定怎樣用最佳的方式應對它們，這一點(diǎn)是很重要。

測量混頻器雜散并不是簡(jiǎn)單的事。常常有可能盲目地相信某個(gè)“測得的”信號來(lái)自于有關(guān)的混頻器，但實(shí)際上它卻是某種不當測試設置的人為產(chǎn)物。幸運的是，有一些用于緩解這些測試問(wèn)題并確保觀(guān)察到的測量信號僅來(lái)自于混頻器的方法。圖 1 示出了用于測量混頻器雜散分量的正確測試設置。帶通濾波器以及衰減器對于盡量減少測試設置對在頻譜分析儀上測量之雜散脈沖的影響是至關(guān)重要。

圖 1：用于測量混頻器雜散脈沖的正確測試設置

在過(guò)度驅動(dòng)時(shí)，頻譜分析儀會(huì )產(chǎn)生顯著(zhù)的內部失真分量。當施加過(guò)大的功率時(shí)，內部接收器鏈路會(huì )進(jìn)入壓縮狀態(tài)，導致所有的非線(xiàn)性雜散分量以一種加速速率 (相對于主輸入信號) 成長(cháng)，從而人為地增加雜散功率的測量值。頻譜分析儀通常設計為在其輸入端上具有約 -30dBm 至 -40dBm 功率電平時(shí)達到最佳運作狀態(tài)。為了滿(mǎn)足該功率電平，應采用內部衰減、外部衰減、或此二者的組合來(lái)限制提供給儀器的功率。一項旨在檢查雜散測量是否正確的測試是增加頻譜分析儀之內部衰減設置，并注意雜散脈沖之功率電平的任何變化。如果雜散脈沖的電平變化幅度大于約 0.5dB，則頻譜分析儀很有可能處于過(guò)驅動(dòng)狀態(tài)，因而給出的雜散電平讀數高于實(shí)際存在值。輸入衰減的一個(gè)良好起點(diǎn)約為 20dB 至 30dB 總值、內部和 / 或外部。圖 2~5 示出了在不斷增加頻譜分析儀之輸入衰減量的情況下測量的連續波 (CW) 音調。隨著(zhù)衰減電平的增加，實(shí)測的功率電平下降，表示儀器原先處于過(guò)驅動(dòng)的狀態(tài)。

圖 2：0dB 頻譜分析儀輸入衰減時(shí)一個(gè) 0dBm CW 70MHz 音調的三次諧波

圖 3：10dB 頻譜分析儀輸入衰減時(shí)一個(gè) 0dBm CW 70MHz 音調的三次諧波

圖 4：20dB 頻譜分析儀輸入衰減時(shí)一個(gè) 0dBm CW 70MHz 音調的三次諧波

圖 5：30dB 頻譜分析儀輸入衰減時(shí)一個(gè) 0dBm CW 70MHz 音調的三次諧波

在看到對頻譜分析儀進(jìn)行過(guò)驅動(dòng)會(huì )產(chǎn)生不正確的雜散測量結果之后，您也許決定簡(jiǎn)單地用低功率電平驅動(dòng)該儀器以完全避免上述問(wèn)題。如果 30dB 的衰減是合適的，那么 100dB 的衰減一定更好。要知道，當內部衰減器變更時(shí)，頻譜分析儀對信號進(jìn)行歸一化處理。令人遺憾的是，如果您希望查看所關(guān)注的雜散脈沖，那么這是不可行的。對于所使用的每個(gè) dB 的輸入衰減 (內部或外部衰減，情況是相同的)，儀器的噪聲層上升 1dB，從而縮減了儀器的動(dòng)態(tài)范圍，這有可能隱藏一些您恰好正在試圖測量的雜散脈沖。請注意：噪聲層較高，因此在圖 5 中是很明顯的 (相比于圖 2~4)，盡管標度是完全相同的。而且，較高次雜散分量的功率變化與期望的輸出信號并不呈線(xiàn)性關(guān)系。相反，它們改變功率的幅度是輸入功率變化幅度的倍數。二次分量 (2*IN x 1*LO，2*IN x 2*LO，2*IN x 3*LO，等等) 將改變 2dB/dB，三次分量 (3*IN x 1*LO，3*IN x 2*LO，3*IN x 3*LO ... 等等) 將改變 3dB/dB，依此類(lèi)推。例如，倘若把輸入信號功率減少 2dB，則在 5*IN x 2*LO 的雜散電平將降低 10dB，而在 2*IN x 1*LO 的雜散電平則將減低 4dB。因此，把過(guò)低的信號功率電平置入頻譜分析儀無(wú)非是迫使您試圖測量的所有低功率雜散脈沖進(jìn)入儀器的噪聲層。

錯誤雜散測量的另一個(gè)常見(jiàn)來(lái)源是缺少輸入信號濾波。對于雜散電平的準確測量而言，使用針對輸入信號的濾波器以衰減任何信號發(fā)生器諧波分量是至關(guān)緊要的。即使是實(shí)驗室品質(zhì)的信號發(fā)生器也將只擁有 -25dBc 至 -50dBc 的諧波抑制水平。凌力爾特混頻器輸出端上的一些雜散電平將低于 -70dBc，所以使用不帶濾波器的信號發(fā)生器還不夠好。為此，應采用諧波抑制水平至少為 30dB 至 50dB 的濾波器。圖 6 示出了由 Keysight E8257C 信號發(fā)生器產(chǎn)生的一個(gè) 100MHz CW 音調的輸出頻譜。請注意基波信號之諧波的功率電平。這些諧波相對水平應當在各種不同的主音調功率電平條件下保持一致。

圖 6：由 Keysight E8257C 信號發(fā)生器產(chǎn)生的一個(gè) 100MHz CW 音調的諧波雜散脈沖

假如您懷疑輸入信號或許將導致雜散脈沖高于預期，那么最好檢查一下雜散脈沖相對于輸入信號電平的運行狀況。如果雜散脈沖是較高次諧波，而且未對信號電平以合適斜率 (2dB/dB，3dB/dB ... 等等) 發(fā)生的變化做出響應，則很有可能的情況是輸入信號源不夠干凈。

如圖所示，測量混頻器雜散分量并非總是簡(jiǎn)單的，但是，通過(guò)測試設置的一些小幅調整便可容易地獲得更好的結果。設定輸入衰減器并針對信號源采用正確的濾波方法將提供準確度高得多和可重復的測量。