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作者：Jack Browne 動態范圍是電子系統中的一個關鍵參數，但在試圖設計一個具有極優性能的系統時，它經常是一個難以在元件級比較的參數。動態范圍指標經常被三階截取點(TOi)這樣一個概念化參數定義在上限值。為了充分理解系統中接收器或射頻/微波元件的動態范圍極限，首先需要理解組成動態范圍的各個要素。 動態范圍一般用分貝(dB)表示，是一個電路、元件或系統可以處理的最大信號電平(相對于1mW功率的dBm值)與可以處理的最小信號電平(單位dBm)的比值。有多種參數可以用來定義最高電平信號(如1dB壓縮點和TOi點)，例如放大器的1dB壓縮點是指元件線性性能開始下降的地方。在線性條件下，輸入功率每增加1dB，輸出功率也將增加1dB。當輸出增加幅度比輸入增加幅度小1dB時，就到了放大器的1dB壓縮點。 同樣，表征混頻器的動態范圍通常是指一端為1dB壓縮點、另一端為混頻器噪聲系數。對于無源混頻器來說，熱噪聲或噪聲系數基本上是相等的，因此混頻器的動態范圍通常取決于1dB壓縮點。當超過這個電平時，混頻器會產生不可接受的互調失真電平，進而干擾低電平信號。 通用的使用經驗表明，無源射頻混頻器1dB壓縮點發生處的信號幅度比混頻器使用的本地振蕩器(LO)功率低約5至10dB。許多無源射頻混頻器供應商根據工作所要求的LO功率大小將他們的產品貼上不同的工作電平標簽，如低電平、中等電平或高電平混頻器。整個行業內對低電平或高電平混頻器的定義可能有所不同，但大約+7dBm的LO電平一般都定義為低電平混頻器，而+10dBm和+14dBm的LO電平通常分別被定義為中電平和高電平混頻器。 例如，混頻器供應商Mini-Circuits公司所提供混頻器的LO電平就覆蓋了從+3dBm到+17dBm的范圍。一般來說，根據上述經驗，具有較高LO驅動電平的混頻器將產生較高的1dB壓縮點，因而具有較高的接收器動態范圍。 當用截取點指標來比較混頻器時，對用于比較的輸入或輸出截取點的標準化非常重要。不管是哪種情況，高截取點代表混頻器可以提供大的動態范圍，因為它在產生干擾有用信號的互調失真之前可以處理更高的信號電平。 1dB壓縮點是一個實際的工作點，而接收器、混頻器或放大器的TOi則是一個純數學概念，它將泰勒級數展開式的三階非線性項的非線性乘積關聯到混頻器或放大器等元件的線性輸出信號。雖然TOi是一個更加有用的參數，因為它引用了落在感興趣的基頻信號附近的阻塞或干擾信號，但在某些情況下，元件的線性度也可能被定義為二階截取點，這時使用的是泰勒級數展開式的二階項。由于干擾信號非常靠近有用信號，因此很難甚至不可能在不衰減有用信號的條件下通過濾波來去除干擾信號。 使用單音測試信號(見圖)時截取點可以被認為是諧波的一個函數，或者在使用雙音測試信號時由互調產物決定截取點。諧波電平的測量值單位是dBc，或者低于有用載頻信號的諧波分貝電平，而互調失真通常用相對于1mW功率(dBm)的dB值表示。需要著重指出的是，兩類截取點的電平是不同的，因此在比較不同元件、設備或系統的動態范圍時應該使用相同類型的截取點。 
圖：這是根據諧波輸入信號的三階電平畫出的TOi曲線。 在接收器中，動態范圍從高電平端的TOi點延伸到低電平端的靈敏度。TOi是信號飽和與失真效應的結果，而影響靈敏度的因素包括工作環境的熱噪聲和接收器的噪聲系數、雜散電平、諧波和相位噪聲。接收器的動態范圍很大程度上取決于系統中的混頻器和放大器，但也受信號鏈中有源和無源濾波器的限制。 位于接收器前端的自動增益控制(AGC)電路對于避免信號飽和與雜散信號產生很有用。在與帶顯示屏的測量接收機(如頻譜分析儀)相似的測試設備中，顯示的平均噪聲電平(DANL)一般用于代表動態范圍的底端。 靈敏度有時容易令人誤解。例如，當存在大信號時接收器靈敏度可能受到不良影響。在比較接收器時，當附近有高電平信號的情況下，具有高靈敏度的接收器對低電平信號的處理性能可能沒有靈敏度低的接收器好。一般情況下，在做這種比較時必須參考動態范圍指標，因為靈敏度低但動態范圍大的接收機在處理沒有受到互調失真影響的低電平信號時要比靈敏度高但動態范圍小的接收機效果好。 在靈敏度方面，接收器有時使用一種被稱為最小可辨別信號(MDS)的品質因數，這是一個等于噪聲電平的信號電平，通常用dBm表示。因為噪聲電平取決于接收器或頻譜分析儀的分析帶寬，因此在通過MDS值進行比較時應對分析帶寬作歸一化處理。 |
