失真2--CIM3的产生机制
来源:模拟射频IC学习和设计 发布时间:2023-05-24 分享至微信

前面记录过笔记1dB压缩点,IIP3,OIP3等基本概念,再记些笔记关于CIM3的产生机制。


失真1--线性度概念(1dB压缩点,IP3,OP3

对于放大器或TX通道的非线性,除了可以用1dB压缩点或者三阶交调IIP3,OIP3等表示,CIM3(Counter Intermodulation)也是非线性的一个量化指标,LTEBTTX发射时有着重要的影响。如果TX wanted signal的频率量是LO+BB,那么定义CIM3的频率分量是LO-3BB如果TX wanted signal的频率分量是LO-BB,那么定义CIM3频率分量为LO+3BB, 由于LO-3BBLO+3BBLO附近,不易用滤波器滤除,最终会导致TXMask受到影响,在LTE应用中也对RX频段也带来了影响。
CIM的主要贡献来源二种机制,第一种机制是Mixer LO产生的谐波分量3*LO,在Mixer的输出产生了3LO-BB的信号,这个分量和想要的LO+BB经过PA3阶非线性,产生交调量:(3LO-BB) -2(LO+BB)=LO-3BB,如下图所示,最终PA的输出包含了wanted signal LO+BB, 非理想的LO leakage, Image signal, C-IM3, 3HD等,其中LO leakage, Image signal, C-IM3不易滤除。
第二种机制是基带的3阶非线性引起的,基带产生了3BB的频率分量,经过Mixer的三阶非线性,3BBLO混频产生LO-3BB,经过PA后进一步放大。
如果产生了CIM3分量,并信号需要再经过PA放大,则会进一步会产生CIM5CIM7分量,既下图中的LO+5BBLO-7BB; 这是由于PA的三阶非线性引起的,PA的三阶交调输出为:2(LO+BB)-(LO-3BB)=LO+5BB,2(LO-3BB)-(LO+BB)=LO-7BB。
这里有个疑问,如果wantedsignalLO+BB, 为何CIM3分量是LO-3BB, 而不是LO+3BB,CIM5分量是LO+5BB, 而不是LO-5BBCIM7分量是LO-7BB, 而不是LO+7BB?具体到上面二种CIM3产生机制,MixerLO谐波和基带的3阶非线性如果生成LO-3BB, 那可以生成LO+3BB的非理想频率吗?
这里探讨一下,并用公式说明,假设TX采用IQ方式发射,输入IQ的基带信号分别为,对于第一种CIM3产生机制, Mixer是理想的开关,LO当作是方波(01方波),在I路把方波当成偶函数,傅里叶级数展开:
Q路当作奇函数,傅里叶级数展开为:
这里只关注基波和3次谐波,Mixer输出基波分量:
Mixer输出3次谐波分量:
PA3阶非线性导致的CIM分量为(3LO-BB)-2(LO+BB)=LO-3BB用下面的图说明这个过程,可以看到CIM3和想要的频率分量在LO的二侧。
对于第二种CIM来源,假设基带滤波器增益和三阶非线性系数分别为,滤波器的输出为:
可见I路的基波和三次谐波符号相同,Q路的基波和三次谐波的符号相反,因此经过Mixerwanted signalCIM3频率分量会分别在LO的二侧,既CIM3频率分量为为LO-3BB
以上总结一下,可以看到二种典型的CIM机制产生的CIM3wanted signal在频域上分布在LO的二侧,本质上由于无论是LO还是BB频率,其三阶量在IQ表现的符号是相反的,CIM5CIM7LO的哪一侧也可以同理推导出来。
好了,总结完毕。
Reference:
1. AMultiband 40nm CMOS LTE SAW-Less Modulator with -60dBc C-IM3. Mark Ingels et al.
2. TheHarmonic-Rejection Mixer. Behzad Razavi.
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