射频通信中的杂散信号：定义、影响、来源及解决方案
射频通信中的杂散信号：定义、影响、来源及解决方案
在射频通信领域，杂散信号是一个常见的技术难题，它不仅影响通信系统的性能，还可能违反无线电通信法规。本文将从杂散信号的定义出发，深入探讨其对通信系统的影响、主要来源以及相应的解决方案。
杂散信号的定义
杂散信号（Spurious Emissions）指的是必要带宽之外的一个或多个频率上的发射，其发射电平可以降低而不致影响相应信息的传递。杂散发射包含谐波发射、寄生发射、互调产物及变频产物，但带外发射除外。具体来说，杂散发射是在使用标准信号调制时，在除载频和由于正常调制和切换瞬态引起的边带以及邻道以外离散频率上的辐射。这些杂散信号可能会干扰其他通信系统，降低系统性能，并违反无线电通信法规。
简单来说，杂散信号（Spurious）指的是不需要的信号或噪声。
杂散信号的影响
杂散信号的危害主要分为两大类：一类是对自身设备的影响，另一类是对其他设备的影响。
对自己的设备有影响的典型例子是FDD模式（频分双工）。在这种模式下，发射的杂散信号可能会落入接收机的频带内，从而降低接收机的灵敏度。
杂散信号的来源
要想解决杂散信号的问题，首先需要了解其来源。一般来说，杂散信号主要来自以下几个方面：
一、非线性
功率放大器的非线性是产生杂散信号的重要来源。放大器作为一个非线性器件，当输入单音信号时会产生谐波，而双音输入则不仅会产生谐波，还会产生交调产物。
二、混频器
混频器是射频电路中的关键器件，也是一个典型的非线性器件。它可以产生丰富的混频杂散，形式为mRF±nLO。
三、频率源
频率源一般采用锁相环（PLL）形式，其杂散来源包括：
- 参考杂散：主要由于电荷泵源电流与汇电流的失配、电荷泵漏电流以及电源退耦不够而增大。
- 整数边界杂散：当PLL的输出频率接近参考频率的整数倍时产生。
- 小数杂散：小数PLL的主流应用中，主要来源有鉴相杂散和泵电流杂散。
- 电荷泵杂散：PLL电荷泵的泄漏，如参考频率、鉴相频率、数字时钟干扰等。
- 电源杂散：电源纹波和DC-DC共模干扰。
四、ADC/DAC的杂散
电路中一般都会有AD/DA来实现模拟数字的转换，模拟数字的转换和混频一样，也会产生杂散。ADC会产生混叠杂散，而DAC则会产生因非线性、串扰、匹配产生的杂散。
五、电源杂散
DCDC电源通过开关切换实现电源输出，其开关频率会生成开关频率杂散。开关频率越高，输出滤波电容容值越小；负载电流越大，输出滤波电容容值越大；输入电压与输出电压差越大，输出滤波电容容值越大。DC-DC效率越高，开关转换速度越快，高次谐波越丰富。
杂散信号的解决方案
针对上述杂散信号的来源，可以采取以下解决方案：
- 放大器的非线性杂散：增加滤波器的阶数，实现对谐波的抑制。
- 混频器：通过频率规划，将杂散规划到离主频较远的地方，然后通过滤波器抑制。
- 频率源：通过改变环路滤波器设计、泵电流大小、分频比来实现杂散的抑制。
- ADC/DAC杂散：使用抗混叠滤波器、提升采样率、优化阻抗匹配。
- 电源杂散：通过优化DCDC滤波器电路，优化纹波设计。
杂散信号的测试
杂散信号的测试通常采用频谱仪进行。为了测量低电平杂散，需要降低分辨率带宽，但这可能会增加测量时间并漏掉某些杂散。目前，频谱仪制造商提供了杂散测试模板，可以根据测试要求自动测试杂散幅度和频点。