失真度與帶寬檢測技術指南

一、引言

二、核心檢測項目

1. 失真度檢測

（1）總諧波失真（THD, Total Harmonic Distortion）

• 定義：輸出信號中諧波分量與基波的比值
• 測試方法：
  • 輸入單一正弦波信號（如1kHz）
  • 使用頻譜分析儀測量基波與各次諧波（2nd~10th）幅度
  • 公式：???=∑?=2∞??2/?1×100%THD=∑n=2∞?Vn2??/V1?×100%
• 標準：Hi-Fi音頻設備THD <0.1%，功放設備<0.5%

（2）互調失真（IMD, Intermodulation Distortion）

• 定義：多頻信號混合產生的非線性產物
• 測試方法：
  • 輸入雙音信號（如19kHz+20kHz）
  • 測量差頻（1kHz）與和頻（39kHz）的幅度占比
• 應用場景：射頻系統、多載波通信設備

（3）噪聲與失真比（SINAD）

• 綜合指標：?????=10log?10(??+?)SINAD=10log10?(N+DS?)
  • S: 信號功率，N: 噪聲功率，D: 失真功率
• 測試要點：需排除環境電磁干擾

2. 帶寬檢測

（1）-3dB帶寬

• 定義：幅頻響應下降至最大值的70.7%（-3dB）時的頻率范圍
• 測試步驟：
  1. 掃頻信號輸入（如20Hz-20kHz）
  2. 記錄輸出幅度曲線
  3. 確定上下截止頻率點
• 典型應用：濾波器、放大器頻率特性評估

（2）上升時間帶寬

• 關系公式：??≈0.35??BW≈tr?0.35?
  • ??tr?: 階躍響應上升時間（10%~90%）
• 適用范圍：脈沖系統、數字信號傳輸鏈路

（3）群延遲波動

• 檢測相位線性度：
  • 測量不同頻率信號的時延差異
  • 使用矢量網絡分析儀獲取群延遲曲線
• 關鍵指標：波動范圍需<1%信號周期

3. 交叉檢測項目

（1）帶寬內失真均勻性

• 測試方案：
  • 在系統通帶內選取多個頻點（如10點/倍頻程）
  • 逐點測量THD并繪制分布圖
• 失效判據：邊緣頻段THD突增>50%

（2）動態帶寬壓縮

• 測試場景：
  1. 輸入信號幅度從-20dBFS逐步提升至0dBFS
  2. 監測帶寬收縮幅度
• 典型故障：功放過載保護導致的帶寬縮窄

三、檢測設備配置

四、測試流程優化建議

1. 預處理校準：
   • 消除測試線纜損耗（使用TRL校準法）
   • 設置儀器輸入阻抗匹配（50Ω/75Ω/高阻）
2. 環境控制：
   • 溫度穩定在23±2℃
   • 電磁屏蔽室背景噪聲<-60dBm
3. 自動化測試：
   • 采用Python+PyVISA編寫掃頻腳本
   • 生成HTML格式測試報告（含Pass/Fail標識）

五、典型故障案例分析

• • 檢測發現：20kHz處THD達0.8%
  • 根因分析：抗混疊濾波器Q值過高導致振鈴效應
  • 解決方案：調整濾波器阻尼系數至0.707
• • 檢測數據：-3dB帶寬從100MHz降至82MHz
  • 故障定位：PA偏置電路電容老化
  • 維修措施：更換DC-block電容陣列

六、行業標準參考

• 國際標準：
  • IEC 60268-3（電聲設備失真測量）
  • MIL-STD-188-164B（通信系統帶寬規范）
• 國內標準：
  • GB/T 12060.5-2011（音頻設備測試方法）
  • YD/T 1553-2007（移動通信基站射頻指標）

七、