非线性失真之互调失真(IMD)测试

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非线性失真之互调失真(IMD)测试

一、前言


上篇介绍了非线性失真中的谐波失真的测量。本篇将介绍非线性失真中的互调失真测量。与谐波失真测量采用单频正弦波为测试信号不同，互调失真测量采用的是双频或多频信号（Multi-Tone）为测试信号。当向一个具有非线性失真的系统注入两个或两个以上的正弦信号时，由于这些信号之间的相互调制会产生出一系列与原信号不具备谐波关系的新的频率成分，这部分失真称为互调失真IMD （Intermodulation Distortion）。通常输入一个系统的信号是都不是单频的，而是多频或宽频的，例如音乐信号，因此IMD测量被认为是比THD测量更接近实际情况的测量。


二、双频IMD的定义及测量方法


一个由两个频率fL和fH线性叠加而得的双频信号通过一个非线性系统可产生无穷多个互调失真项，可表示为：mfL±nfH，其中fL<fH，m和n为正整数，m+n代表了该互调失真项的阶数。目前存在着多种双频IMD的定义，例如：SMPTE IMD，DIN IMD，CCIF2 IMD， CCIF3 IMD等，它们在双频信号的频率和幅度以及互调失真项的选取上存在不同，测试目的也有所不同，具体细节将在后面几节介绍。先看一下互调失真的实测频谱例子，下图显示的是向一个系统中注入按幅度比4：1线性叠加的60Hz和7000Hz双频测试信号后测得的输出信号的频谱。由图可见，输出信号中包含有原来的基波60Hz和7000Hz，它们各自的各次谐波，以及它们之间的互调失真项。

图1  一个实际系统被60Hz和7000Hz的双频测试信号激励后输出的信号的频谱

测量IMD时，通常采用信号发生器向被测设备发出超低互调失真的双频信号，同时采集从被测设备返回来的信号，然后通过快速傅里叶变换（FFT）在测得的信号中获取各激励频率的功率以及需要用到的互调失真项的功率，最后按IMD的定义公式进行计算。

跟THD测量相似，测量IMD时，也需要对软件的各种参数设置的正确性进行验证，以了解在这些设置下能测得的最低IMD，这可通过软件自环（Software Loopback）测试来实现。由于量化噪声和数值计算残余误差的存在，即使对于理想的双频信号，在参数设置正确的情况下，也会测到极小的IMD。在实际测量时，还要求所采用的测量仪器硬件的IMD必须明显低于被测设备IMD才能保证测得的数据是准确的、可靠的。测量仪器本身残留的IMD可通过硬件自环（Hardware Loopback）方式来测试。关于软件自环和硬件自环的定义及细节请参考“非线性失真之总谐波失真（THD）测量”一文。