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非线性的来源和抑制

热度 1已有 660 次阅读| 2024-5-24 09:29 |个人分类:模拟电路的问题|系统分类:芯片设计

    我在写另外一篇博客的时候,发现非线性的一些传输函数值得单独总结一下。

    比如我们都知道非线性像噪声一样,越靠近输出越容易抑制,越靠近输入越难抑制,从直观上也能理解,但是细究其数学表达式,又发现一些有意思的结论。

    其实非线性和噪声一样,被抑制的原理是对应频率的谐波或噪声被放大了A/(1+A)倍,减去其本身,就剩1/(1+A)了。(这个结论意味着谐波和噪声会在整个环路中传递,是通过加减运算被减弱,而不是直接抑制)

    这个结论又很有值得思考的方向:比如能否为谐波和噪声提供专门的传输通路,改善他们的抑制?(其实psr问题也类似,如果搭建干扰的传输通路再做减法,psr就会很好)

    再比如幅度过大的开环谐波,在整个环路中传输,会不会破坏前级本身的线性度?

    再再比如,考虑相位延迟,谐波能被很好的抑制,原始谐波和被环路放大过的谐波拷贝,相位差不能太大?怎么度量和评价?

图片.png

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    闭环系统中3次、5次、7次谐波的幅度是什么关系?为什么有时候抑制了3次谐波,5次谐波会变得更大?这些都是有意思的事情。

(由于headroom不足引起的“削顶”,常常会出现优化了3次谐波,5次或7次谐波变差的问题,原因也很简单,削顶引起的总非线性能量是近似不变的。

在物理器件层面产生谐波的原因也很多,有gm波动引起的非线性,有反馈网络中电阻的电压系数引起的非线性,还有headroom限制摆幅后引起的非线性;更有时候,人们关心相位的线性变化,如何避免带内相位发生突变呢?我在做adc的时候发现,信号频率不同,信号的量化台阶概率分布不一样,不同的台阶大小对不同的sub-dac的单元非线性的敏感度不一样

一些优化非线性的方法,比如dac常用rotation或mismatch shaping;adc中sub-dac 单元的校准;有时候dc offset会成为非线性的主要来源,比如rf 接收机中,链路增益很高,前级的dc失调会严重影响后级的线性度,这时候好的dc校准策略就成为优化线性度的关键了;


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    什么样结构的运放线性度好? 我认为应该是输入管的vds vgs都恒定不变,电流源vds恒定不变,且没有差分mismatch的电路。

越接近这个目标线性度越好。



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