對(duì)數(shù)放大器的技術(shù)指標(biāo)

里我們有必要對(duì)對(duì)數(shù)放大器的相關(guān)指標(biāo)做進(jìn)一步的說(shuō)明，因?yàn)樗麄兣c工程實(shí)踐密切相關(guān)。也是在使用對(duì)數(shù)放大器中必須考慮的問(wèn)題。噪聲所有信號(hào)處理系統(tǒng)都受到隨機(jī)噪聲的限制，這便對(duì)最小信號(hào)設(shè)置了可被檢測(cè)或識(shí)別的門(mén)限。隨機(jī)噪聲和信號(hào)輸入端的帶寬密切相關(guān)，隨機(jī)噪聲常用“噪聲頻譜密度（SND）””來(lái)定義，總的噪聲功率與系統(tǒng)的噪聲帶寬BN（用Hz來(lái)表示）成正比。在線性系統(tǒng)中，輸出噪聲功率N與系統(tǒng)的帶寬有關(guān)，這里的帶寬通常是指3dB帶寬，對(duì)于理想低通系統(tǒng)而言，3dB帶寬就是系統(tǒng)的等效噪聲帶寬。而在非線性系統(tǒng)中例如對(duì)數(shù)放大器，情況就不同了，即使輸入端很小的噪聲都會(huì)引起放大器末級(jí)的過(guò)載現(xiàn)象。因此對(duì)數(shù)放大器的主要缺點(diǎn)是會(huì)降低大信號(hào)的信噪比。所以對(duì)數(shù)放大器的前級(jí)一般的噪聲頻譜密度（NSD）設(shè)計(jì)的非常低。例如AD8307的前級(jí)放大器SND為1.5nV/。交調(diào)失真兩個(gè)單一頻率的交調(diào)失真指標(biāo)在射頻應(yīng)用中特別重要。它是表征放大器的交調(diào)失真（IMD）的質(zhì)量因數(shù)。諧波失真是由幅度傳遞函數(shù)特性中的非線性所致。交調(diào)失真由兩個(gè)或更多不同頻率的信號(hào)混頻而成。當(dāng)輸入信號(hào)只含一種頻率時(shí)，放大器的輸出僅產(chǎn)生諧波失真，若輸入信號(hào)含兩中頻率，則輸出產(chǎn)生諧波失真和交調(diào)失真。此時(shí)，輸出包含了放大器的直流偏移、有用信號(hào)、二次諧波、二階交調(diào)失真、三次諧波、三階交調(diào)失真等等。大多數(shù)的交調(diào)失真可以被濾掉（包括二階交調(diào)失真），但輸入信號(hào)的兩個(gè)頻率靠的很近時(shí)，三階交調(diào)失真將和兩個(gè)基頻相近而不容易被濾掉。通常三階交調(diào)失真與窄帶應(yīng)用有關(guān)，而二階交調(diào)失真與寬帶應(yīng)用有關(guān)。如果放大器的非線性可以用幕級(jí)數(shù)展開(kāi)的話，那么輸入信號(hào)每增加1dB，二階交調(diào)失真會(huì)增加2dB，三階交調(diào)失真會(huì)增加3dB。輸入信號(hào)超過(guò)一定值后，放大器開(kāi)始飽和，同時(shí)IMD分量明顯增加，理想輸出功率和二階交調(diào)，三階交調(diào)失真功率會(huì)會(huì)在某一點(diǎn)相交。這些交點(diǎn)在縱軸上的投影既對(duì)應(yīng)的輸出功率通常為放大器輸出功率提供基準(zhǔn)。交點(diǎn)功率越大，使IMD增大的電平就越大。所以給定的信號(hào)電平下IMD就越低。（如圖4所示）。另一個(gè)值得關(guān)注的參數(shù)是1dB壓縮點(diǎn)（1dBcompressionpoint）,從這點(diǎn)開(kāi)始，輸出信號(hào)已開(kāi)始受到限制，并相對(duì)理想的輸入輸出曲線衰減1dB。圖4交調(diào)失真動(dòng)態(tài)范圍系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍的下端在能夠保證測(cè)量精度的范圍內(nèi)受噪聲的限制，而信號(hào)范圍的上端受放大器非線性方面的影響。因此，在實(shí)際應(yīng)用中規(guī)定系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍的一種方法是確定信號(hào)的大小使其總諧波失真（THD）在某種可接受的程度，比如1%?；蛞?guī)定使系統(tǒng)的輸出功率相對(duì)理想輸出功率下降1dB的信號(hào)電平（1dB壓縮點(diǎn)）。顯然，測(cè)定系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍依賴于信號(hào)的性質(zhì)和采用的處理方法，沒(méi)有單一的標(biāo)準(zhǔn)可用來(lái)精確測(cè)定所有系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。事實(shí)上,信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中心問(wèn)題是對(duì)每一部分進(jìn)行優(yōu)化，使其能恢復(fù)出最大可能的信息。對(duì)數(shù)斜率和截距斜率（slope）和截距（intercept）是表征對(duì)數(shù)放大器傳遞函數(shù)的兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，如圖5所示，輸入很小的情況下，對(duì)數(shù)函數(shù)可以認(rèn)為是線性，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)中輸入輸出曲線比較平緩。隨著信號(hào)的增大對(duì)數(shù)曲線為一條直線，對(duì)數(shù)斜率定義為：輸出信號(hào)（V）/輸入信號(hào)（dBm）。若將傳遞函數(shù)的線性部分延長(zhǎng)與坐標(biāo)橫軸相交，其交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值被稱為截距，它反映了對(duì)數(shù)放大器對(duì)于小信號(hào)的增益，線性部分的斜率則表明了輸出信號(hào)相對(duì)于輸入信號(hào)的變化。成為對(duì)數(shù)斜率。它表明隨著信號(hào)的增大，對(duì)數(shù)增益的變化。一旦對(duì)數(shù)放大器的斜率和截距確定后，其信號(hào)的輸入和輸出就可用下面的公式計(jì)算UOUT=斜率X（UIN-截距）。由公式可以看出截距的增加會(huì)導(dǎo)致輸出電壓的下降。對(duì)數(shù)一致性誤差在消除了參考電流誤差和失調(diào)分量后,對(duì)數(shù)放大器輸出端呈現(xiàn)的實(shí)際電壓值與傳輸特性方程所算出的理想值的差值稱為對(duì)數(shù)一致性誤差。它與器件的動(dòng)態(tài)范圍、頻率特性和溫度密切相關(guān)。一個(gè)成熟產(chǎn)品的對(duì)數(shù)放大器制造出來(lái)后其對(duì)數(shù)一致性誤差也就響應(yīng)的定了下來(lái)。