什么是量化噪声的功率谱？

我们关于量化噪声的系列文章首先阐明了作者用来确定他对量化噪声的调查范围的框架。

本系列是前两个系列工作的延续。首先检查同相和正交 (I/Q) 组合和分离应该以模拟方式还是数字方式完成。检查了 I/Q 调制器和解调器以及模数转换器 (ADC) 和数模转换器 (DAC) 的性能。我们还讨论了在这种情况下什么使通信链接具有良好的性能。

ADC 和 DAC 称为数据转换器。由于没有找到关于现代通信波形的 ADC 和 DAC 性能要求的太多信息，您的作者决定研究这些问题。第二系列讨论了 ADC 和 DAC 的正确建模，包括讨论利用 ENOB（有效位数）和 ENOB 加上互调多项式的模型。我们还研究了作者关于包含低通滤波器的更有效模型的建议。

系列赛目标

在检查数据转换器的性能时，经常会看到图1所示的情况。

图 1。 数据转换器使用的简化框图

在奈奎斯特带宽 (BN) 中，数据转换器输出的总噪声功率为 N。滤波器可以是带通或低通的，带宽为 Bo。通常，假设滤波器输出的噪声功率为：

滤波器输出的噪声功率 =N(Bo / BN)

等式 1。 请注意，此等式近似适用于任何可能跟随 ADC 的合理滤波器，在任何中心频率下。 “合理的过滤器”是一种不太窄的过滤器。

等式 1 假设噪声是白色的，或与频率一致。

你的作者想知道；在什么条件下这个假设，通常称为伪量化噪声 [14] 假设，是正确的？

参考文献 [3] 到 [32] 涵盖了这个问题的各个方面。为了澄清问题，您的作者还对具有各种输入的数据转换器进行了一些模拟。结果在本系列中报告。

他只考虑了均匀量化（所有步长相等），因为它通常用于高速数据转换器。此外，没有考虑 Sigma-Delta 转换器。

对于 ADC 应用，RF 链增益通常足够大，因此来自先前组件的噪声比量化噪声高 3 至 5 dB，因此量化噪声频谱无关紧要。然而，这会增加系统成本，因为它需要更多的射频增益，以及更高的 ADC 动态范围。

对于 DAC 应用，希望来自 DAC 的噪声占主导地位，并且不想为了确保传输的噪声频谱为白色而在链的后面添加噪声。

峰值、平均值和均方根值

定义输入信号的电平很重要。图 2 显示了一个用 5 位量化的正弦波。该信号的电平通常称为 0 dBFS；其中 FS 是指量化器上的满量程。但是，RF 工程师通常处理 rms 数量。由于正弦波的均方根值比峰值低 3 dB，因此图 2 的正弦波为 -3 dBrmsFS，或 0 dBpeakFS。

图 2.

对于本系列的其余部分，信号电平将以 dBrmsFS 或 dBpeakFS 为单位指定，

另请注意，由于功率是电压的平方，因此该恒定包络正弦波的峰均功率比 (PAPR) 为 3 dB。实际上，所有带通相位或频率调制的恒定包络信号（如 MSK）的 PAPR 为 3 dB。

“等一下！”你可能会说，亲爱的读者。 “MSK等恒定包络信号的PAPR不是0dB吗？人们就是这样称呼它的。”

事实上，当人们以这种方式提及PAPR时，他们指的是包络的峰值功率与包络的平均功率之比。特别是，在表征信号的复包络 [33] 时，会使用对 PAPR 的引用。由于我们关注该系列中的实际电压，因此 PAPR 将是实际峰值中的功率除以实际平均值中的功率。该 PAPR 将比通常引用的高 3 dB。

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在下一篇文章中，我们将继续讨论模数转换器 (ADC) 输出的频谱。

使用的缩写

对于本系列的其余部分，请使用下表。

参考文献

本系列的其余部分也将使用以下参考文献：

介绍和动机

[1] 数字还是模拟？我和Q的合并和分离应该怎么做？

良好的通信链路性能要求：IQ 调制和解调

[2] 数据转换器如何建模以进行系统仿真？

使用有效位数 (ENOB) 对 ADC 进行建模

使用互调多项式和有效位数对 ADC 进行建模

在 ADC 模型和 DAC 建模中添加低通滤波器

带或不带削波效果的量化噪声

ADC 和 DAC

[3] 马洛贝蒂，佛朗哥；数据转换器；斯普林格出版社； 2007

ADC 特定，有和没有削波效果

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DAC 特定，有和没有削波效果

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