晶片相關參數

3.2 晶片相關參數

本小節將說明可以描述晶片規格或系統規格的重要參數，這些參數是挑選晶 片和分析系統重要的依據，分別有1 dB 壓縮點、三階截取點、雜訊指數、相位雜 訊和射頻穩定時間。

3.2.1 1 dB 壓縮點(1 dB compression point, P1dB)

放大器通常在特定頻率範圍內提供恆定增益。如果我們在圖表上表示放大器 的輸入功率對上輸出功率，則得到一條直線（線性關係），即

輸出功率=輸入功率+增益

隨著輸入功率的增加，放大器的輸出功率不再增加增益值，即放大器的輸出功 率開始飽和，1dB 壓縮點（P1dB）是增益從其恆定值減小 1dB 輸出功率。一旦放 大器達到其P1dB，它將成為非線性設備，產生失真、諧波和互調(intermodulation) 產物。放大器應始終在 1dB 壓縮點以下運行，系統設計有些人會為了保險，採用 3dB 壓縮點作為系統飽和的值。P1dB 值可以參考輸入或輸出來讀取。如果從輸出 軸讀取該值，則稱為OP1dB。從輸入軸讀取該值，該值為 IP1dB，對於任何晶片選 擇都，P1dB 皆是必須考量的指標。

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3.2.2 三階截取點 (Third-order intercept point, IP3)

在大多的數通信系統中，通道存在著許多不同頻率的信號堆疊，而信號經過放 大器會彼此相互調變，進而產生失真產物，該行為稱為交互調變失真(IMD)，交互 調變失真是無線電接收機設計中的主要關注點，因為在整個接收鏈中，我們無法控 制天線端口處的干擾信號，因此會有多個信號通過天線端口輸入，然後在應用的頻 帶中混和出互調產物，進而影響所需信號的 SNR。在發射機鏈中，通常 IP3 規範 不太重要，因為發射機鏈中生成的信號通常是單一載波，並且不會產生交互調變失 真。

如圖 3.1 所示，將兩個頻率 f1 和 f2 輸入到非線性設備會產生二階產物和三階 產物，位於f2+f1 和 f2-f1 的二階產物距離兩個單頻很遠，可以通過濾波器將其刪 除，同樣可以過濾位於2f1 + f2 和 2f2 + f1 的三階產物，但是 2f1-f2 和 2f2-f1 的三 階產物接近原始的兩個單頻，因此很難對其進行濾除，因此它們將成為主信號的干 擾。三階交互調變失真(Third order IMD, IMD3)在通信系統中成為特別麻煩的問題。

圖 3.1 交互調變頻譜[12]

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IMD3 對系統造成失真的程度可以根據三階截取點來反映，三階截取點實質 上表示放大器在交互調變失真發生之前可以處理多大的信號，如圖 3.1 所示，為 輸入信號功率對輸出信號功率以及交互調變產物相對幅度的函數。在輸入小功率 情況下，三皆產物應該要很小的，當輸入功率逐漸增加，它就會迅速增長。如果 系統的非線性由冪級數近似，輸入信號功率每增加1 dB，則 IMD3 的幅度增加 3 dB，由斜率= 3 的曲線表示。第三階截距線與理想的輸出信號線延伸，這些交點

稱為三階攔截點(IP3)。截距點越大，代表該系統的線性度越好，亦 IMD 越不容 易產生。IP3 的值可以參考輸入或輸出來讀取。如果從輸出軸讀取該值，則稱為

OIP3。從輸入軸讀取該值，該值為 IIP3。

IP3 和 1 dB 壓縮點都是頻率的函數，因此值會隨著工作頻率的不同有所變化，

在更高的頻率下失真會更嚴重，即 IP3 和 P1dB 值越低。在升降電路設計中，IP3 是選擇低雜訊放大器和混頻器的重要考量因素。

圖 3.2 P1dB 和 IP3 說明圖[12]

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3.2.4 相位雜訊 (phase noise)

相位雜訊是由於相位抖動而在信號的兩側擴散的雜訊頻譜，相位雜訊以相對 於載波的dB 表示，通常將其表示為 dBc，例如-50dBc 意指距離載波功率低 50 分 貝。之所以採用這種方法，是因為相位雜訊通常隨載波功率的變化而變化，通常相 位雜訊在靠近載波處上升得更快，然後逐漸下降。

是評估本地振盪器的重要指標，相位雜訊的產生在無線電接收機應用中有重 要的影響，因為它可以使通訊與雷達接收系統的性能嚴重惡化，在功率放大器方面，

有些產品會強調低相位雜訊的設計。

圖 3.3 相位雜訊

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3.2.5 射頻穩定時間 (RF settling time)

當RF 切換晶片由關閉狀態切換至導通狀態瞬間，其輸出端的能量變化參考圖 3.4， t1 至 t2 為數位控制電路的切換時間，t2 為切換晶片的通道由關閉變為導通，

隨後能量會迅速上升，上升至t3 後訊號能量會震盪，當操作時間遠大於 t4 時，能 量傳遞就趨於穩定，而訊號穩定的時間稱為射頻穩定時間(RF Settling Time)，它可 以視為該晶片切換至工作狀態所需的時間，通常小於 0.1dB 的震盪幅度(相較於穩 態時的能量輸出)就可以視為該晶片進入穩態，其期間為 t1 至 t4。

其中t2 至 t3 期間稱為上升時間(Rise time, tRISE)，是 10%的輸出能量到 90%的 輸出能量所需要的時間，而t1 至 t3 期間稱為啟動時間(On Time, tON)，是數位電路

的狀態切換瞬間至 90%的輸出能量所需花費的時間，反之當通道狀態由導通變為

關閉時，90%的輸出能量到 10%的輸出能量所需要的時間稱為下降時間(Fall time, tFALL)，而數位電路的狀態切換瞬間至 10%的輸出能量所需花費的時間稱為關閉時 間(OFF Time, tOFF)。

圖 3.4 訊號能量變化

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