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常用的绝对分贝值有哪些?

时间:2019-08-02 作者:Bob Witte 阅读:
在《使用分贝要谨慎》一文中,作者解释了分贝是两个功率(有时是电压)之比。通过指定参考功率或参考电压,分贝还可以用来表示绝对功率和绝对电压。例如,一个常见的功率参考值是1mW,用dBm表示,一个常见的参考电压值为1V,绝对电压值用dBV来表示。

在《使用分贝要谨慎》这篇文章中,我们回顾了分贝是两个功率(有时是电压)之比。通过指定参考功率或参考电压,分贝还可以用来表示绝对功率和电压电平。一个最常见的功率参考值是1mW,用dBm表示。

例如,1W的功率对应10log(1/0.001)=30dBm,5μW的功率对应10log(0.000005/0.001)=-23dBm。

另一个常见的功率参考值是1W,用dBW表示。

注意要将分贝的比率形式与绝对形式分清楚。例如,你可以问这样一个问题:当输入端信号为-20dBm时,增益为12dB的放大器输出功率是多少?对于这个问题,放大器增益直接与输入功率相加就可以计算出输出功率:−20dBm+12dB=−8dBm。有时候工程师会错误地认为放大器增益为12dBm,这是不正确的。增益是两个功率的比,表示为12dB。同样,可能有人认为输出功率为8dB,这也是不正确的。

绝对分贝电压

通过指定合适的参考值,电压形式的分贝公式可用于表示绝对电压值。一个常见的参考电压值为1V,绝对电压值用dBV来表示。

另一个常见的参考电压值为1μV。

分贝通常用于表示音频电平,这引出了有关VU(音量单位)表的话题,在这里我们不做讨论。

电子产品中还有许多其他绝对分贝值,表1列出了最常用的一些。请参阅维基百科里的分贝条目,那里的列表要长一些,但是仍不完整。

DI5-T1-201908.jpg
表1:常用的分贝参考值。

相对读数

另一类分贝也使用参考值,但该参考值不是一个固定值。例如,dBc表示相对于载波的功率电平。虽然术语“载波”带有明显的通信特色,但在较小信号与较大信号进行比较的任何情况下都可使用dBc。

图1显示了使用频谱分析仪测量一个信号的结果,该信号有两个边带。中心较大的信号是幅度为-15dBm的载波,两侧的边带均为-52dBm。我们可以说,边带比载波功率低37dB,或称为-37dBc。

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图1:边带功率测量结果显示边带比载波功率低37dB,或者说-37dBc。

另一个例子如图2所示。这里,谐波的幅度是相对于基波信号度量的。基频信号的幅度为-15dBm;二次谐波的幅度为-55dBm,或者说-40dBc;三次谐波的幅度更低,为-62dBm,或-47dBc。

DI5-F2-201908.jpg
图2:用频谱分析仪测量信号及其谐波,显示出谐波的幅度低于基波幅度(-15dBm)。

dB满量程

分贝还用于描述定义系统满量程的信号电平。电子系统通常有一个最大信号电平,称为满量程,当满足所有系统规范时可以达到该值。满量程信号电平可能会受数据转换器最大输入范围或模拟电路所支持的最大电压的限制。

描述满量程的分贝表示为dBFS,其值取决于系统的信号处理能力。例如,如果系统支持的最大信号电平为25mW,则称之为0dBFS,一个0.5mW的信号为10log(0.5/25)=−17dBFS。

dBc和dBFS的概念类似但有根本差别。dBc通常表示载波或基波的功率,其值可以根据特定的操作条件而改变。而dBFS表示系统的满量程信号电平,与实际信号电平无关。

我们来看看如何解释满量程信号电平。图3显示了一个峰值为1V的正弦波,其对应的RMS值为0.707V。如果用RMS值来定义满量程信号,则峰值电压将比RMS值约高出40%。如果系统可以处理的最大电压为1V,则用dBV表示的满量程信号电平为20log(0.707)=−3dBV。

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图3:正弦波的RMS值是峰值电压的0.707倍。

dB$

我曾建议一些工程师使用dB$(即相对于1美元的分贝值)来结算他们的支票本。这听起来有点可笑,事实上我还从来没见过有人这样做。原因显而易见:只有当需要处理的数字很大时,分贝值才最有用。大多数支票本都不会有这个问题,至少我的没有。

但我并没有放弃使用dB$的念头,因为我认为它还是有一点用处的。例如,我们可以用它来表示工程师的平均年薪86174美元(数据来源Zip Recruiter,为美国平均年薪)。以dB$为单位,可以表示为10log($86174)=49.3dB$。现在将其与美国国内生产总值(GDP)进行比较,美国GDP约为21.06万亿美元,即133dB$。这意味着工程师的工资只比GDP低83.7dB,我觉得我们可以称之为-83.7dBgdp。看,当涉及的数值较大时,dB$还是很有用的吧?

下次当你要求管理层加薪时,记得跟他们说只需加几dB就行了。

(原文刊登于ASPENCORE旗下EDN英文网站,参考链接: Decibels: Make them absolute levels。)

本文为《电子技术设计》2019年8月刊杂志文章。

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Bob Witte
Bob Witte在Keysight Technologies、Agilent Technologies和Hewlett-Packard Company的研发、技术规划、战略规划和制造部门担任过多个职位,目前是技术咨询公司Signal Blue LLC的总裁。 从内心深处,他只不过是一名乐于看到用创新产品来解决真正的客户问题的一名工程师。Bob写了两本关于测试和测量仪器的书:《电子测试仪器》和《频谱和网络测量》。
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