IP3 OP3 IM3详细解释

发布时间：2018-06-27 14:41:59 来源：文档文库

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P1dB、IP3、IM3等参数

在射频系统中，P1dB、IP3是衡量线性度的非常重要的指标。考虑到一般教材讲析分散性和浅显性，在此，作者归纳总结，并着重就IP3的物理意义以及Cascade系统IP3与单个器件IP3的关系推导，以飨同行读者。欢迎批评指正。

1 概述

Pin、Pout、IM3、IIP3、OIP3、G、P1dB等指标之间的关系如图1所示。

图1：IM3、IIP3、OIP3、G、P1dB等指标之间的关系图

Pin：Input power；

Pout：Output power；

IM3：3rd order intermodulation product；

IIP3：Input 3rd order intercept point；intercept：拦截

OIP3：Output 3rd order intercept point；

G：Gain；

P1dB：1dB compression point；

A：The differences between output power and IM3；

对于射频放大器、中频放大器、混频器等器件，OIP3一般比P1dB大10～15dB。

2 各指标之间的数学关系

各指标之间的数学关系如下。

Pout(dBm) = Pin(dBm) + G (dB) （公式1）

OIP3 (dBm) = IIP3 (dBm) + G (dB) （公式2）

OIP3 (dBm) = Pout (dBm) +A/2 (dBc) （公式3）

IIP3 (dBm) = Pin(dBm) +A/2 (dBc) （公式4）

IM3 (dBm) = 3Pin (dBm) – 2IIP3 (dBm) + G (dB)

= 3Pout (dBm) – 2IIP3 (dBm) –2G (dB)

= 3Pout (dBm) – 2OIP3 (dBm) （公式5）

二、IP3的物理意义

一般参考资料均给出了OIP3的数学定义：

OIP3 (dBm) = Pout (dBm) +A/2 (dBc) （公式6）

详细描述如图2：

图2：等幅双音信号及其三阶分量关系图

在测试单个器件（或系统）的IP3时，均是在信号输入端馈入两个频差为ω2-ω1的双音信号，然后根据图2所示，分别测出P1、P2、M1、M2，从而得出A，代入公式即可得出IP3。值得提醒的是，图2中A1、A2、B1、B2幅值量纲是电压，频谱仪实测为功率，必须转换。

至此可得如下结论：

(1)任一器件的IP3是由其本身的非线性所决定的一个常数。

(2)IP3具有非常明确的物理意义：它非常简洁地定量地刻画了器件的线性度，与输入信号的大小、器件本身的增益没有任何关系。

交叉调制（cross modulation）:如果放大器输入端作用着相对较弱的有用信号和较强的干扰信号，且干扰信号是振幅调制信号，就会引起交叉调制失真。干扰信号的幅度调制信息转移到有用信号的幅度上，如果有用信号也是幅度调制信号，则通过幅度调制后将会听到干扰台的串话音，这就是交叉调制失真。交叉调制失真是由非线性器件的三次方项产生的。

交调干扰的含义为：一个已调的强干扰信号与有用信号（已调波或载波）同时作用于混频器，经非线性作用，将干扰的调制信号转移到有用信号的载频上，从而形成干扰。信号频率与干扰频率间没有固定的关系。一旦有用信号消失，干扰的声音也随之消失。交调干扰与有用信号的幅度无关，只与干扰信号的幅度相关。交调失真没有产生新的频谱，是一种幅度失真；而互调失真产生了新的频谱，是频谱失真。

互相调制(intermodulation,IM）:当两个频率十分接近的信号输入放大器时，由器件非线性产生的许多组合频率分量中，有可能落在放大器频带内的频率分量除了基波外，还可能有组合频率2W2-W1和2W1-W2,因为它们接近基波分量，这些组合分量是由非线性器件的三次方项产生的。这种组合分量形成对有用信号的干扰，这种干扰并不是由两输入信号的谐波产生，而是由这两个输入信号的相互调制（相乘）引起的，所以称为互调失真。由非线性器件三次方项引起的互调称为三阶互调。

常用三阶截点IP3（third order intercept point）来说明三阶互调失真的程度。三阶互调截点IP3定义为三阶互调功率达到和基波功率相等的点，此点所对应的输入功率表示为IIP3，此点对应的输出功率表示为OIP3。输出有用功率与输入功率成正比，而三阶互调输出功率与输入功率的三次方成正比，它们的相交点即为三阶截点。在以对数形式的坐标图上，它们是两条直线。