谈谈互调失真及其测试原理

xurongshe

【文件名】:0765@52RD_谈谈互调失真及其测试原理.doc
【格　式】:doc
【大　小】:32K
【简　介】:
【目　录】:

mwo1974

谈谈互调失真及其测试原理
江苏省电子产品监督检验所         许福平

当接收机接收频率为F的有用信号时，如果有下列两个干扰信号同时作用于接收机输入端：
Uf1=Uf1cos2πF1t
Uf2=Uf2cos2πF2t
并能有效地加到接收机的谐振放大器上，那么，由于器件特性的非线性，就会引起这两个信号之间的互相作用，产生出一种与有用信号频率相近的新生干扰信号。这时，接收机除了听到有用信号的声音外，还同时夹杂着哨叫声和杂乱的干扰声。这种由于干扰之间互相调制作用对有用信号引起的失真称为互调失真(Intermodulation Distortion)或互调干扰。
所有互调失真的测量技术中使用的激励信号都不止单个简单的正弦信号。在专业音响、广播和消费类音响等领域，用两个正弦波作为激励信号来进行互调失真的测量。我们知道，任意两个频率分别为F1和F2的正弦信号作用于非线性器件时，会产生出原有的两个正弦波再加上无数个互调失真项，即无数个组合频率分量，如下式：
                                  mF1±nF2
其中m、n为任意正整数。任意特定的互调失真（IMD）项的阶数即m与n的和。下面列出一些互调失真项的阶数：
F1-F2                           2阶（偶次）
F1+F2                          2阶（偶次）
2F1-F2                         3阶（奇次）
F1-2F2                         3阶（奇次）
2F1+F2                        3阶（奇次）
3F1-F2                         4阶（偶次）
3F1+2F2                      5阶（奇次）
等。
这里“奇次”和“偶次”指的是m+n是奇数还是偶数。
互调失真的测量方法实际上是对谐波电压分量的测量，GB2846-1988《调幅广播收音机测量方法》中音频互调失真的测量就是采用这种办法（详见该标准P43页），其公式为：



其中f1为高音频，f2为低音频。

SMPTE/DIN互调失真
在专业、广播及消费类音响领域，SMPTE（Society of Motion Picture and Television Engineers）和DIN（Deutsches Institut fur Normung e.V.）方法是最普通的互调失真测量标准。SMPTE标准RP120-1983和DIN标准45403很相似。两者均规定用两个正弦波测试信号，一个是低频率高幅度信号，另一个是高频率信号但幅度是低频率信号的四分之一。SMPTE标准规定信号频率分别为60Hz和7kHz。而DIN标准规定了几种可选择的高、低频频率，250Hz和8kHz是其中最常用的一组频率。有时也要用到其它类似于SMPTE和DIN标准的信号，如70Hz和7kHz信号。
当上述的双音频测试信号作用于非线性器件时，在高音频周围就会产生边带分量群。高音频和第一对边带（二阶边带，F1±F2）之间相差正好是低音频的频率值，第二对边带（三阶边带，F1±2F2）与高频之间相差正好是低音频频率值的两倍等等，如下图所示：



                                                 F2-F1               F2+F1


                                   F2-2F1                 F2                 F2+2F1

互调失真定义为这些边带的调幅值与高频载波调幅值之比的百分值。
典型的SMPTE或DIN互调失真分析仪工作原理简化框图如下：



调幅
解调器












                          高通滤波器                                                 低通滤波器
                             ≈2kHz                                ≈700Hz

高通滤波器先将低频率的音频信号滤去，余下的信号基本上是一个调幅信号，被送至AM解调器。解调器的输出为边带分量，这些边带分量被转化为基带，例如，一个产生二阶、三阶互调失真项的SMPTE测试信号，在通过解调器后，其上、下各边带将被转化成60Hz和120Hz的分量，解调器后面的低通滤波器用来除去任何残留的高频载波，剩余的信号由真RMS检波器测量。测量仪输出读数以百分比或分贝数表示。
SMPTE和DIN互调失真测试对检测音频设备有诸多优点。正如大多数互调失真测试信号一样，越是复杂的测试信号就越接近于模拟实际的节目源。高幅低频音频信号与低幅高频音频信号的频谱关系同样有点类似于音乐和声音的频谱分布。许多SMPTE/DIN互调失真分析仪在解调器后有一带宽约700Hz的低通滤波器，只要低频的音频信号略低于250Hz，则至少可以测量到二阶和三阶互调失真项。这种测试可用于奇次和偶次波的失真测试。由于最后的噪声带宽仅仅700Hz，故该设备对噪声的敏感度实质上远低于噪声带宽为20kHz或更高的失真加噪声仪对噪声的敏感度。采用低频音频信号，使得互调失真项落在高频信号附近相当窄的频带内，因此SMPTE和DIN测试技术可用来研究带宽限制系统的线性问题。
SMPTE/DIN仪器标准
一个高质量的SMPTE/DIN互调失真测量仪器，其信号发生器和分析仪的残留互调失真要非常低，其值应做到-90dB(0.003%)或更低。分析仪的检测器应是真RMS响应的，因为被测信号可能包含几个频率而成为非正弦信号。低频和高频音频信号在给定的范围内可变化或可选择，以保证对带宽限制系统进行类似于SMPTE或DIN的检测。例如，只要信号发生器和分析仪设计许可，声音带宽系统可用300Hz到500Hz的低频信号和3kHz的高频信号进行检测。同样地，也可以用大约19kHz的高频信号来检测20kHz的带宽限制系统，这样，既可以很好地检测高频的线性度，还能保证几个低价的互调失真项落在频带内。
SMPTE/DIN测量仪器
在CD、VCD及DVD等音频测量时，都要测量互调失真这个指标。目前国产的互调失真测量仪主要是北京无线电仪器厂生产的ZN4102型互调失真度测量仪。该仪器主要由组合信号源，互调失真测量，电压测量和电源部份组成。组合信号源输出可组合的高、低频组合信号，并具有较小的固有互调失真，最小量程为0.1%。
在测量时，可以选择不同的高频和低频，高频有：3、5、7、10、15、20kHz，低频有：50、60、70、100、200、300Hz。
当输入信号为20-100V时，可用20dB衰减器，以便把信号衰减下来。该仪器使用比较方便，完全适用目前音频测量中互调失真的测量。
                                                                                                                      2002.06