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请教一个有关IIP3的问题

时间:10-02 整理:3721RD 点击:
假设LNA的IIP3为-10dBm, 增益为15dB, Mixer的IIP3取多大合适呢,我的同学认为将两者相加既可,即Mixer IIP3 =-10+15=5dBm,
因为LNA能承受的最大输入信号为-10dBm,最大输出不超过5dBm,考虑到衰减Mixer IIP3还可以更小些。这个说法似乎有点道理,大家也来说说吧

如果Mixer的IIP3为+5dBm的话,整体IIP3=-10-3=-13dBm。
通过Friss级联公式很容得到。

请教2楼的大牛,这个IIP3=-10-3 中的-3是怎样得出的呀,这个Friss公式有点抽象,不怕大家笑话,我都不知道在用的时候是用常数还是对数

如果你真想做RFIC的话,建议你把NF, IIP3,Sensitivity, Noise Floor等基本量理解清楚。

谢谢二楼的耐心解答,我还请教 在RF系统中,后级的IIP3 性能要求是否如一楼中所说的那样把前级的IIP3 与增益简单相加既可?

简单估算就是如此。精确计算还是用matlab编个程序。

Friis公式仅在阻抗都一样的情况下适用
但一般LNA和MIXER之间的阻抗都是不匹配的,因此简单的带入公式计算出入比较大
不匹配的IIP3的计算和阻抗有很大关系,计算起来非常复杂

谢楼上的提醒,我在版上也搜到你的帖子http://www.eetop.com.cn/bbs/thread-128168-1-1.html,也感觉到这个公式用起来很不方便,在这方面有啥高见不妨也说说
(如Mixer IIP3的选定)

以我的经验,IIP3的计算并不能简单的用friis公式
我们通常IIP3的单位都是功率单位,计算级联系统IIP3的时候要把dBm转化为电压为单位,因此和输入输出阻抗都有很大的关系
当然,如果是匹配的系统,就直接可以用功率来算
我自己做过很多尝试,计算出来的级联IIP3和仿真结果有时比较准,有时出入也很大。譬如,我一个设计中LNA和MIXER单独的IIP3都比另一个设计中相应的IIP3要好,LNA的增益一样,但仿真的级联IIP3可能比另一个设计差很多。
我也没有完全搞明白这个问题,希望高手能指教。

首先,请不要将NF和IIP3的分析搞混淆。另外,注意有载增益和无载增益!
NF分析与阻抗匹配情况有关系,而IIP3与阻抗匹配没有任何关系!
对于CMOS RFIC设计而言,LNA的输入阻抗Rin=50ohm,Mixer的输入阻抗为栅极电容,可以看作无穷。
假设LNA的IIP3为-10dBm, 增益为15dB, Mixer的IIP3取多大合适呢?
如果LNA的增益为15dB,指LNA与Mixer级联工作时LNA的输入端到输出端的电压增益(而不是LNA仿真的S21),那么Mixer的IIP3为+5dBm才能保证Mixer与LNA非线性贡献相等。
采用SpecteRF软件仿真时,一定要注意Port激励源的功率匹配与不匹配的差异!
我非常诧异,IIP3分析不难,为什么大家总是很疑惑。
另外,大家来分析一下这道试题
一个CMOS全集成射频接收机的射频前端的低噪声放大器的噪声系数NF1=3dB,电压增益G1=20dB,混频器的噪声系数NF2=13dB,转换增益G2=40dB,请问接收机射频前端的噪声系数NF是多少?


的确,这个转换挺麻烦的

一个CMOS全集成射频接收机的射频前端的低噪声放大器的噪声系数NF1=3dB,电压增益G1=20dB,混频器的噪声系数NF2=13dB,转换增益G2=40dB,请问接收机射频前端的噪声系数NF是多少?
这个应该不难计算吧,NF=1+(NF1-1)+ ((NF2-1)/G1)=2+(20-1)/100=2.19 = 3.4dB

错了!
NF Friss方程使用有两种前提条件。一种是全部模块都是50ohm匹配,另外一种是级与级之间是功率匹配,非50ohm匹配。
CMOS RFIC只有LNA输入是50ohm匹配,LNA与Mixer之间没有匹配,请问能使用50ohm匹配的NF Friss公式吗?级与级之间是功率匹配也不满足。
似乎无法计算NF?
有兴趣的话,可以使用SpetreRF软件仿真一个系统试试看。

个人感觉在RFIC中计算级联系统的NF最直接的方式就是以noise voltage为module指标,将所有module的noise voltage折算到天线口再计算级联系统的NF。
以此为基础 我觉得也可以用级联公式直接计算系统的噪声,就如budget分析一样,但是需要注意的是代入的module的NF必须是以50ohm源阻抗并且module输入端用无噪的电阻匹配,这样得到了module等效输入噪声相对于50ohm的NF,而budget分析全50ohm,功率增益与电压增益相等,和开始以等效输入电压思考的方式就一样了,不知大家怎么看

其实级联的NF在RAZAVI的射频集成电路的书上写得很清除了,我尝试过,仿真结果和计算结果基本一样。
因此咱们还是来讨论一下IIP3吧。
这是我自己做的一个真实的电路:LNA的输入阻抗为58欧姆,输出阻抗500欧姆,连着MIXER的电压增益为20.5dB,IIP3为-10dBm;MIXER的输入阻抗为370欧姆(因此在这里我不认同zwtang的观点,MIXER的输入阻抗远没到无穷大的地步),IIP3为-1dBm。请问此时系统的IIP3有多少呢?
我的计算方法是,首先把IIP3的dBm转化为W的单位,这就是在输入阻抗处产生交调功率。利用V^2/R=P,求出在输入阻抗处产生的交调电压。分别把LNA和MIXER的交调电压和LNA的电压增益带入我们常用的FRIIS公式,得到的是系统总的输入交调电压,然后在转化成W,转化成dBm
我计算出来的级联IIP3为-15.07dBm,但是我仿真的IIP3有接近-20dBm。
请高手指正,应该如何计算才是正确的。

如果是CMOS RFIC,Mixer的输入阻抗就应该很大。Mixer的输入阻抗只有370欧姆,难道是Bipolar工艺?
请问Mixer的IIP3为-1dBm是如何仿真得到的?是否是采用50ohm Port进行仿真得到的?

1。用的是CMOS .18的工艺。mixer的370欧姆的输入阻抗是在加上了degeneration inductor后的结果;如果没有电感,输入阻抗只有几十欧姆。不相信的话仿一下就知道了。
2。我的源阻抗为100欧姆,我所有的IIP3仿真都是在100欧姆进行的。

能否给出Mixer的电路图?
仿真mixer为什么采用100欧姆? 是由于差分输入的原因吗? 如果是的话,为什么不采用Balun进行变换呢?
我觉得,仿真Mixer的IIP3时的输入负载效应与LNA+Mixer级联情况不一致。

不太懂,Mixer 的输入阻抗怎会这样小呢,难道RF信号是在RF驱动级的源极输入的?盼贴图

图贴不上来。MIXER的结构很简单,就是一般的共源放大器结构输入,有源极负反馈电感。
1。我前面所说的阻抗是指阻抗的实部。我不是很明白楼上的和zwtang的意见:MOS管输入阻抗的实部为特征频率wt乘以Ls(源极负反馈电感)。如我前面所说,没有源极负反馈电感的情况下,MOS管输入阻抗的实部是很小的;当有电感的时候,假设管子的特征频率为50G,电感为2nH,此时MOS管的输入阻抗的实部约为100欧姆。因此,MOS管输入阻抗的实部都是很小的。不知道我的理解是否正确。
2。请高手指教:如果在阻抗没有虚部的时候,级联IIP3的仿真结果和计算结果基本吻合,我用rfLib中的理想器件验证过。但问题是,阻抗存在虚部呢?我感觉差别很大,我想关键在于如何计算某交调信号在输入产生的电压。我想问的是,如果把dBm转化为V,对于实部虚部都有的阻抗,应该是算实部,还是实部和虚部的平方再根号?
3。zwtang提到仿真IIP3的源阻抗问题。我尝试了一下,改变源阻抗(50欧姆到5K),IIP3变化在1dB以内。不知道源阻抗对IIP3仿真影响在哪里,希望zwtang指教。
4。以下是我仿真的一个实例。
LNA:源阻抗100欧姆,输入阻抗(0.51-0.62j)*100 ohm = 51-62j,输出阻抗400+300j,带上MIXER负载的增益为19.8dB,IIP3=5.3dBm。
MIXER:输入阻抗423 - 409j,增益10.4dB,IIP3 = -5dBm(在100欧姆源阻抗的时候仿真得到的)。
仿真的级联IIP3为-20.24dBm,计算的为-15.6dBm。差距实在有些大,因此请各位大牛指教!

"4。以下是我仿真的一个实例。) ?4 S1 S- s! o9 C
LNA:源阻抗100欧姆,输入阻抗(0.51-0.62j)*100 ohm = 51-62j,输出阻抗400+300j,带上MIXER负载的增益为19.8dB,IIP3=5.3dBm。. A! b9 y9 K: u! i. _8 h
MIXER:输入阻抗423 - 409j,增益10.4dB,IIP3 = -5dBm(在100欧姆源阻抗的时候仿真得到的)。".
如你所提供的实例,LNA IIP3 5.3dBm,增益19.8dB,则LNA最大输出功率超过20dBm,而 Mixer IIP3只有-5dBm,很容易饱和,Mixer的指标是不是太低了些呢

不是定得太低了,在一定增益下要做到更高的IIP3,以及各方面的折中,实在很难。
楼上的能否赐教一下我的问题?谢谢!

我的LNA的输出功率没有20dBm吧。
功率增益G=AV^2*RS/RL。在这里RS约为50欧姆,RL约为500欧姆,G大概也就是10dB.
对于一般GSM的系统,输入功率有-30dBm就很大了,乘以LNA的功率增益也就是-20dBm

呵呵,我的意思是说在理想情况下LNA可以承受的最大输入功率是5.3dBm(根据其IIP3),当然在GSM中信号决不可能有那样大,是否可以对LNA的IIP3 适当放宽些,
毕竟NF看前级,IIP3看后级,后级的IIP3 至少应当比前级大一些,呵呵,我没什么经验,谈不上赐教,看看我的签名党就知道了

牛人挖了个坑,希望能添上呵

请注意Razavi的RF Microelectronics书中,电压增益型NF Friss方程中有负载效应。

请zwtang指教我提出的问题。
我的仿真和计算级联IIP3差别很大,找不到原因,请指教!谢谢!

请问仿真用的two tone的频率是多么?
如果模块的输入输出阻抗存在虚部,那就在特定频率下计算各级的级联效应和各级的增益。

LO为1.96GHz,tone1 = flo+800K,tone2 = flo+1.6MHz
zwtang的意思是这样吗?如果输入阻抗为X+Yj,那交调信号在输入产生的电压Vp=(P*2Rin)^0.5,其中Rin为(X^2+Y^2)^0.5?

整体IIP3和模块IIP3都这样处理试试看。祝好运!

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