射頻基礎(chǔ)——雜散是什么？

說到射頻的難點不得不提雜散，雜散也是射頻被稱為“玄學(xué)”的來源。雜散也是學(xué)習(xí)射頻必經(jīng)的一個難點。本篇文章就來講一下雜散。

雜散是什么？

雜散（Spurious Emissions），指的是必要帶寬之外的一個或多個頻率上的發(fā)射，其發(fā)射電平可以降低而不致影響相應(yīng)信息的傳遞。雜散發(fā)射包含諧波發(fā)射、寄生發(fā)射、互調(diào)產(chǎn)物及變頻產(chǎn)物，但帶外發(fā)射除外。具體來說，雜散發(fā)射是在使用標(biāo)準(zhǔn)信號調(diào)制時，在除載頻和由于正常調(diào)制和切換瞬態(tài)引起的邊帶以及鄰道以外離散頻率上的輻射。這些雜散信號可能會干擾其他通信系統(tǒng)，降低系統(tǒng)性能，并違反無線電通信法規(guī)。

簡單來說，雜散（Spurious）指的是不需要的信號或噪聲。

雜散有什么影響？

雜散的危害有分兩大類，一類是對自己的設(shè)備有影響；二是對其他設(shè)備有影響。

對自己的設(shè)備有影響典型的例子就是FDD模式，頻分雙工，發(fā)射的雜散落到接收機，對接收機的靈敏度有影響，降低接收機的靈敏度。

雜散從哪里來？

要想解決“玄學(xué)”問題，必須要知道它從哪里來，不需要的信號都不是憑空產(chǎn)生的，都是有來源的，抓住主要矛盾，就會有應(yīng)對的方法。

一般來說雜散來源有五個：

一、非線性

功率放大器的非線性，放大器是一個非線性器件，單音輸入會產(chǎn)生諧波；雙音輸入不僅有諧波，還有交調(diào)。

二、混頻器

混頻器是射頻電路中的一個關(guān)鍵器件，也是一個典型的非線性器件。它可以產(chǎn)生豐富的混頻雜散mRF±nLO.

三、頻率源

為了頻率的精度，一般電路中都會采用頻率源，頻率源一般采用鎖相環(huán)形式，鎖相環(huán)的原理圖如下圖所示

鎖相環(huán)的組成是通過參考源來調(diào)整VCO實現(xiàn)頻率的鎖定，而鑒相一般就是整數(shù)分頻或者小數(shù)分頻，所以鎖相環(huán)就會有以下雜散

參考雜散：這是PLL中最常見的雜散信號，主要由于電荷泵源電流與匯電流的失配、電荷泵漏電流以及電源退耦不夠而增大。這些雜散信號會與其他干擾信號混頻，可能產(chǎn)生有用信號頻率，從而降低接收機的靈敏度。

整數(shù)邊界雜散：當(dāng)PLL的輸出頻率接近參考頻率的整數(shù)倍時，會產(chǎn)生此類雜散。這種雜散無法被環(huán)路濾波器濾除，因此會在輸出頻率附近產(chǎn)生顯著的雜散信號。例如，如果參考輸入為20 MHz，而輸出頻率為1000.1 MHz，那么就會產(chǎn)生1000 MHz的整數(shù)雜散。

小數(shù)雜散：小數(shù)PLL是目前鎖相環(huán)的主流應(yīng)用，小數(shù)雜散的來源主要有鑒相雜散和泵電流雜散。降低小數(shù)雜散主要通過改變小數(shù)分頻比和鑒相頻率，目的是改變小數(shù)雜散的相對位置，然后通過低通濾波器進行壓制。

電荷泵雜散：PLL電荷泵存在泄漏，如參考頻率、鑒相頻率、數(shù)字時鐘干擾等，這些都可能以雜散的形式表現(xiàn)。

電源雜散：電源存在紋波和DC-DC共模干擾，這些也可能引起PLL的雜散。

四、ADC/DAC的雜散

電路中一般都會有AD/DA來實現(xiàn)模擬數(shù)字的轉(zhuǎn)換，模擬數(shù)字的轉(zhuǎn)換和混頻一樣，也會產(chǎn)生雜散

ADC會產(chǎn)生混疊雜散

DAC會產(chǎn)生因為非線性，串?dāng)_，匹配產(chǎn)生雜散

五、電源雜散

DCDC電源是通過開關(guān)切換實現(xiàn)電源的輸出。DCDC的開關(guān)有頻率，會生成開關(guān)頻率雜散。

DC-DC開關(guān)頻率越高，輸出濾波電容容值越??；負(fù)載電流越大，輸出濾波電容容值越大；輸入電壓與輸出電壓差越大，輸出濾波電容容值越大。DC-DC效率越高，開關(guān)轉(zhuǎn)換速度越快，高次諧波越豐富

雜散的解決

雜散的來源就是以上幾個來源，定位到雜散的來源就可以針對性進行優(yōu)化

1.放大器的非線性雜散

增加濾波器的階數(shù)，實現(xiàn)對諧波的抑制

2.混頻器

對于混頻雜散，最好的方式是通過頻率規(guī)劃，將雜散規(guī)劃到離主頻較遠(yuǎn)的地方通過濾波器來抑制。

3.頻率源

通過改變環(huán)路濾波器設(shè)計、泵電流大小、分頻比來實現(xiàn)雜散的抑制

4.ADC/DAC雜散

使用抗混疊濾波器、提升采樣率、優(yōu)化阻抗匹配

5.電源雜散

通過優(yōu)化DCDC濾波器電路，優(yōu)化紋波設(shè)計

雜散的測試

雜散的測試一般采用頻譜儀測試，為了測量低電平雜散，通常需要降低分辨率帶寬，而這會增加測量時間、也可能會漏掉某些雜散。現(xiàn)在頻譜儀廠家都提供了雜散測試模版，根據(jù)測試要求可以自動測試雜散幅度和頻點。

最后的話

射頻的學(xué)習(xí)不再是孤立的器件調(diào)試，而是從整體的角度去理解系統(tǒng)，理解器件，理解指標(biāo)。射頻收發(fā)系統(tǒng)的指標(biāo)設(shè)計與分解已經(jīng)300+人加入了，如果你也想提升射頻能力，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)射頻，學(xué)習(xí)射頻通信，課程介紹戳鏈接??，除了課程視頻，還有課件PPT，一群一起學(xué)習(xí)的人，遇到問題解決不了，需要咨詢，可以和群友一起討論，也可以咨詢我。

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