Los productos de intermodulación son independientes del nivel (Contra la intuición: 3)

Hace unos días tuve el inmenso placer de pasar unas horas con Luis del molino, EA3OG en su QTH de Vilassar de mar. Estuvimos hablando de radio digital y en la conversación me llamó la atención sobre un artículo publicado en QEX, Noviembre de 2006: "IMD in digital receivers". En él se hace notar que la distorsión de intermodulación de tercer orden (IM3) medida mediante un test de dos tonos está a unos -100dBm independientemente del nivel de señal de prueba sobre un SDR-14 (Figura 4 del artículo).

Estamos tan acostumbrados a nuestros receptores "clásicos" en los que la intermodulación empeora con el aumento en el nivel de señal que esto puede parecer contrario a la intuición. La explicación es, sin embargo, bastante simple. En un receptor "clásico" la amplificación de la señal se produce mediante métodos físicos: por ejemplo, un transistor. Pero el comportamiento de un transistor nunca es completamente lineal. Es decir, si se introduce 1 microvoltio para obtener 100 en la salida, al introducirse 10 microvotios la salida no sera 1000 microvoltios sino, 1001 o 1000,1 pero siempre habrá una pequeña distorsión.

A pequeños niveles de señal la linealidad es mayor que a niveles elevados. De ahí que la distorsión aumente. La amplificación en un receptor digital se hace mediante procesos digitales, que no añaden distorsión (el producto 10*100 es perfectamente lineal respecto a 1*100). Solamente debe cuidarse la linealidad del convertidor A/D. Desde luego, el convertidor A/D está basado en componentes que tampoco son estrictamente lineales.

En el desarrollo de un convertidor A/D los diseñadores incluyen métodos y circuitos que compensan la linealidad para distribuir los errores a lo largo de toda la escala y hacerlos independientes del nivel de señal. De este modo, los productos de intermodulación no cambian con el nivel de señal. Las limitaciones debidas a la resolución limitada de los cálculos y de la propia conversión A/D aparecen en forma de ruido.

¡Ojo! Si se añade un preamplificador antes de la conversión A/D la señal sufrirá distorsiones debidas a la no linealidad que pueden hacer que el efecto aparezca de nuevo con un aspecto más "clásico".

La medida del IP3 no suele ser relevante en un receptor digital. Los valores del propio convertidor A/D y de cualquier circuitería que lo preceda sí son relevantes. Nos acostumbraremos a incorporar nuevos términos como "No-linealidad integral (INL) o diferencial (DNL), rango dinámico libre de espúreos (SFDR) y otros. Deberemos adoptar nuevas medidas para la comparación. Y cuando no sea posible acudir a los números... ¡dejaremos que una "oreja de oro" decida!