超低相噪OCXO的相位噪声测量白皮书

相位噪声基础及测试原理和方法

相位噪声基础及测试原理和方法 相位噪声指标对于当前的射频微波系统、移动通信系统、雷达系统等电子系统影响非常明显，将直接影响系统指标的优劣。该项指标对于系统的研发、设计均具有指导意义。相位噪声指标的测试手段很多，如何能够精准的测量该指标是射频微波领域的一项重要任务。随着当前接收机相位噪声指标越来越高，相应的测试技术和测试手段也有了很大的进步。同时，与相位噪声测试相关的其他测试需求也越来越多，如何准确的进行这些指标的测试也愈发重要。 1、引言 随着电子技术的发展，器件的噪声系数越来越低，放大器的动态范围也越来越大，增益也大有提高，使得电路系统的灵敏度和选择性以及线性度等主要技术指标都得到较好的解决。同时，随着技术的不断提高，对电路系统又提出了更高的要求，这就要求电路系统必须具有较低的相位噪声，在现代技术中，相位噪声已成为限制电路系统的主要因素。低相位噪声对于提高电路系统性能起到重要作用。 相位噪声好坏对通讯系统有很大影响，尤其现代通讯系统中状态很多，频道又很密集，并且不断的变换，所以对相位噪声的要求也愈来愈高。如果本振信号的相位噪声较差，会增加通信中的误码率，影响载频跟踪精度。相位噪声不好，不仅增加误码率、影响载频跟踪精度，还影响通信接收机信道内、外性能测量，相位噪声对邻近频道选择性有影响。如果要求接收机选择性越高，则相位噪声就必须更好，要求接收机灵敏度越高，相位噪声也必须更好。 总之，对于现代通信的各种接收机，相位噪声指标尤为重要，对于该指标的精准测试要求也越来越高，相应的技术手段要求也越来越高。 2、相位噪声基础 2.1、什么是相位噪声 相位噪声是振荡器在短时间内频率稳定度的度量参数。它来源于振荡器输出信号由噪声引起的相位、频率的变化。频率稳定度分为两个方面：长期稳定度和短期稳定度，其中，短期稳定度在时域内用艾伦方差来表示，在频域内用相位噪声来表示。 2.2、相位噪声的定义

脉冲调制信号相位噪声测试

脉冲调制信号相位噪声测试方法 安捷伦科技有限公司技术指南 相位噪声参数是评估连续波信号频率短期稳定度的重要指标，相位噪声性能的好坏会对电子系统的整体性能有重要影响，例如雷达系统的作用距离，目标分辨率，数字通信系统的误码率等都和系统频率源的相位噪声有关。在雷达系统和TDMA系统中，发射的信号都为脉冲形式的突发信号，测试中需要在系统的工作状态下进行频率源性能测试，这就要求在脉冲调制状态下测试频率源输出信号的相位噪声。当信号被脉冲调制后，信号的功率谱特性会发生变化，图1为典型的脉冲调制信号的功率谱，频谱特性为按脉冲重复频率（PRF）为等间隔的离散频谱，频谱形状为sinx/x辛格函数包络，频谱包络的过零点位置为脉冲宽度的倒数（1/τ）。脉冲调制后信号的相位噪声的频域特性同样会发生变化。 图1：脉冲调制信号功率谱特性 连续波信号相位噪声反映在频谱上为偏离载波频率的噪声边带，通过单边带相位噪声指标（SSB phase noise）能对该参数进行定量描述。当信号被脉冲调制后，载波的相位噪声边带会和重复频率位置的频谱成份噪声边带发生混叠，整个噪声边带的功率分布还会受到脉冲调制信号功率谱的sinx/x辛格函数的影响。脉冲调制信号的频谱特性能决定了脉冲调制信号相位噪声测试时，最大测试频偏需范围需要小于脉冲重复频率一半，超过这个范围会受调制边带噪声的影响。 脉冲重复频率 连续波信号相位噪声频谱特性脉冲调制信号相位噪声频谱特性 图2：脉冲调制信号相位噪声频谱特性

连续波信号相位噪声时域特性 脉冲调制信号相位噪声时域特性 图3：脉冲调制信号相位噪声的时域特性 相对连续波形式点频信号相位噪声测试，脉冲调制形式的信号相位噪声测试需要测试仪表具备相应的能力来完成测试，针对脉冲调制信号相位噪声的测试要求，工程上可以采用鉴相法和频谱分析仪测试方法来测试脉冲调制信号的相位噪声。这两种方法测试原理不同，可以适应不同类型和脉冲参数的被测试频率源的测试要求。表格1给出这两种脉冲调制信号相位噪声测试方法的技术特点说明。 表1：脉冲调制信号相位噪声测试方法 脉冲相噪测试方法 测试方法说明 技术特点 典型的测试参数范围 鉴相法测试法 1：使用参考信号源和被测频率源进行鉴相处理，对鉴相器输出的相位误差电压进行频谱分析。 2：测试系统对脉冲形式 鉴相输出进行滤波，低 噪声放大和频谱分析， 得到相位噪声参数。 3：测试系统需要具备高 性能参考源，频率锁定， 同步脉冲调制等功能。 1：测试灵敏度高 2：相位噪声灵敏度受信号脉冲占空比影响。 3：最大测试频偏受脉冲重复频率的影响。最大频偏小于脉冲重复频率的一半。 占空比：2% 脉冲重复频率：50kHz 脉冲宽度：1us 测试频偏范围： 0.1Hz~脉冲重频/2 频谱仪测试法 1：使用频谱仪时间门功 能对脉冲调制信号进行 选时频谱测试。 2：频谱仪RBW>2/脉冲 宽度 3：频谱仪的时间门处理 功能，得到脉冲调制信 号脉内时间区域信号的 频谱，通过功率比值测 量得到相位噪声参数。1：测试方便 2：测试最小频偏受信号脉冲宽度影响。最小频偏需大于脉冲信号频谱主瓣宽度： （2/脉冲宽度）。 3：相位噪声测试灵敏度受频谱本振相噪和中频滤波器频 响影响。 脉冲宽度：1ms 最小测试频偏： 大于1kHz

相位噪声性能测试

LMK04000 系列产品的相位噪声性能测试 30082862 加权函数H(f)是低通闭环传递函数，其中包含了诸如电 荷泵增益、环路滤波器响应、VCO增益和反馈通路（ 数器等参数。该式表示了图1所示的每一级PLL AN-1910 30082801 图1 具有抖动清除能力的双PLL时钟合成器的架构 https://www.360docs.net/doc/4f374463.html, ? 2009 National Semiconductor Corporation 300828

https://www.360docs.net/doc/4f374463.html, 2 A N -1910 2.0 LMK04000系列产品介绍 图2示出了LMK04000精密时钟去抖产品系列的详细的框图。其PLL1的冗余的参考时钟输入（CLKin0，CLKin1），可以支持高达400 MHz 的频率。参考时钟信号可以是单端或者差分式的信号，为了实现操作中稳定性，还可以启用其中的自动开关模式。驱动OSCin 端口的VCXO 的最大容许频率为250 MHz 。OSCin 端口的信号被反馈到PLL2相位比较器上，而且也作为相位和频率基准注入到PLL2中。虽然在图中并未示出，其内部还是可以支持分立形式的、采用外接晶振的VCXO 。PLL2的相位比较器的基准信号输入端还提供了一 个可选用的频率倍增器，这可以使得相位比较的频率得以增加一倍，从而降低了PLL2的带内噪声。PLL2集成了一个内置的VCO ，以及可选的内置环路滤波器部件，这一部分可以提供PLL2环路滤波器的3阶和4阶极点。VCO 的输出带有缓冲，最终由Fout 引脚向外提供信号，该信号也可以经过一个VCO 分频器路由到内部的时钟分发总线上。时钟分发部分则对时钟信号进行缓冲，并将其分配给各个可以独立配置的通道。每个通道具有一个分频器、延迟模块和输出缓冲器。在时钟输出端，各信号格式的组合关系可以根据具体的器件编号来确定。 30082802 图2 LMK04000系列时钟电路的框图 下面的表格示出了LMK04000系列中目前已发布的器件。正如表1所示的那样，其中包含了2个VCO 频带以及 两种可配置的时钟输出格式。本报告中所测量的器件是LMK04031。 表1 LMK04000系列产品的器件编号、输出格式和VCO 频段 NSID 工艺2VPECL/LVPECL 输出 LVDS 输出 LVCMOS 输出 VCO 频率范围LMK04011BISQ BiCMOS 51430～1570 MHz LMK04031BISQ BiCMOS 22 2 1430～1570 MHz LMK04033BISQ BiCMOS 2 2 2 1840～2160 MHz

相位噪声基础及测试原理和方法

摘要： 相位噪声指标对于当前的射频微波系统、移动通信系统、雷达系统等电子系统影响非常明显，将直接影响系统指标的优劣。该项指标对于系统的研发、设计均具有指导意义。相位噪声指标的测试手段很多，如何能够精准的测量该指标是射频微波领域的一项重要任务。随着当前接收机相位噪声指标越来越高，相应的测试技术和测试手段也有了很大的进步。同时，与相位噪声测试相关的其他测试需求也越来越多，如何准确的进行这些指标的测试也愈发重要。 1、引言 随着电子技术的发展，器件的噪声系数越来越低，放大器的动态范围也越来越大，增益也大有提高，使得电路系统的灵敏度和选择性以及线性度等主要技术指标都得到较好的解决。同时，随着技术的不断提高，对电路系统又提出了更高的要求，这就要求电路系统必须具有较低的相位噪声，在现代技术中，相位噪声已成为限制电路系统的主要因素。低相位噪声对于提高电路系统性能起到重要作用。 相位噪声好坏对通讯系统有很大影响，尤其现代通讯系统中状态很多，频道又很密集，并且不断的变换，所以对相位噪声的要求也愈来愈高。如果本振信号的相位噪声较差，会增加通信中的误码率，影响载频跟踪精度。相位噪声不好，不仅增加误码率、影响载频跟踪精度，还影响通信接收机信道内、外性能测量，相位噪声对邻近频道选择性有影响。如果要求接收机选择性越高，则相位噪声就必须更好，要求接收机灵敏度越高，相位噪声也必须更好。 总之，对于现代通信的各种接收机，相位噪声指标尤为重要，对于该指标的精准测试要求也越来越高，相应的技术手段要求也越来越高。 2、相位噪声基础 2.1、什么是相位噪声 相位噪声是振荡器在短时间内频率稳定度的度量参数。它来源于振荡器输出信号由噪声引起的相位、频率的变化。频率稳定度分为两个方面：长期稳定度和短期稳定度，其中，短期稳定度在时域内用艾伦方差来表示，在频域内用相位噪声来表示。 2.2、相位噪声的定义 以载波的幅度为参考，在偏移一定的频率下的单边带相对噪声功率。这个数值是指在1Hz的带宽下的相对噪声电平，其单位为dBc/Hz。该定义最早是基于频谱仪法测试相位噪声，不区分调幅噪声和调相噪声。 单边带相位噪声L(f)定义为随机相位波动单边带功率谱密度Sφ(f)的一半，其单位为dBc/Hz。其中Sφ(f)为随机相位波动φ(t)的单边带功率谱密度，其物理量纲是rad2/Hz。

相位噪声的测试方法

胡为东系列文章之七 相位噪声的时域测量方法 美国力科公司胡为东摘要：相位噪声主要是衡量因信号的相位变化而带来的噪声，在频域中表现为噪声的频谱，在时域中又表现为信号边沿位置的抖动，因此在实际应用中，相位噪声和信号的抖动其实本质是相同的。本文就将对相位噪声以及TIE抖动（Time Interval Error，时间间隔误差，也叫相位抖动）的概念及相互关系做一简要介绍并详细介绍了使用力科示波器如何测量TIE 抖动并将其转换为相位噪声的。 关键词：力科相位噪声TIE 抖动 一、相位噪声的基本概念 一个时钟信号或者一个时钟信号的一次谐波可以用一个如下的正弦波形来表示： （），其中为时钟频率，为初始相位，如果为常数，那么的傅里叶变换频谱图应该为一条谱线，如图1中的左图所示，但是如果发生变化，则原本规则的周期正弦信号在变化的过程中将会出现拐点，且频谱也将变得不仅仅是一条谱线，而是可能由分布在时钟频率周围的很多条谱线构成的更为复杂的频谱图，如图1中的右图所示，其中频谱波形在fc附近多出的谱线即为相位噪声谱（或者叫做相位抖动谱）。因为初始相位的变化而引起的噪声称为相位噪声，因此对于一个正弦时钟信号或者时钟信号的一次谐波来说，在理论上应该是为零的，此时上述公式中的则完全为相位噪声成分。 fc A fc A 图1 正弦信号的频谱（无相位变化以及有相位变化的可能情形）为了更为精确的描述相位噪声，通常定义其为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。如一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值，即在fm频率处1Hz范围内的面积与整个噪声频下的所有面积之比，如下图2所示。

使用实时采样示波器测量相位噪声——

使用实时采样示波器测量相位噪声——第一部分 来源：互联网 什么是相位噪声？ 维基百科对相位噪声的定义是：“波形相位在频域中的快速、短期、随机波动，由时域的不稳定（抖动）引起。”噪声一词的定义说明该术语不涉及任何杂散项或确定项。上面定义中的“短期”旨在将该定义与其他确定时钟源纯净度的方式相区别，例如每百万稳定点，即 ppm。后者通常在较长的一段时间测得，例如数秒或数分钟。 相位噪声通常以对数频率图表示，例如下图（图 1），图中幅度单位为 dBc/Hz（分贝与 1 Hz 带宽载波功率的比值）。x 轴表示相对于标称信号或“载波”频率的频率偏移。 图 1 为什么使用示波器？ 在说明如何使用示波器测量相位噪声之前，最好先了解一下为什么使用实时示波器。现在已经有了专门测量相位噪声的仪器，例如 Keysight E5052B 信号源分析仪（SSA），它拥有比任何示波器都低的相位噪声测量本底噪声。SSA 能够执行准确测量，更接近相位噪声偏

移值，测量速度也比任何示波器都快。但是该仪器也有一些测量限制，例如对最大频率偏移范围有所要求。相位噪声分析仪的典型最大偏移为 100MHz。对大于 100 MHz 的时钟频率，有时也要测量更高的频率偏移，但这超出了此类仪器的测量范围。但示波器可以测量传递到数据信号上的相位噪声，而不仅仅测量时钟。 示波器使用简单如果也足以满足测量要求，当预算不足以购买专用的相位噪声测量设备时更是上佳选择。 相位提取 示波器可以捕捉整个信号波形并对其进行数字化，有多种方法可以从数字化波形中提取相位噪声信息。本文将简要介绍两种方法： 1.时钟恢复 2.通过矢量信号分析软件执行相位解调 通过串行数据时钟恢复执行相位解调 示波器分析信号是否达到设定的电压阈值，并将其与参考时钟边沿对比，从而测量串行数据或时钟信号的时序变化（抖动）。对于相位噪声，我们希望参考时钟为理想的固定频率时钟。大部分现代示波器都具有时钟恢复算法，可以从信号中提取时钟。在许多情况下，我们希望通过算法实现锁相环（PLL）仿真，但在这里，我们只需要提取一个固定周期的理想时钟，因此我们不会像 PLL 那样“追查出”任何相位变化。建立时钟恢复的示例如下图。（图 2）算法可设置为根据每次采样结果调整标称信号频率和相位。

相位噪声

相位噪声的物理意义及测量方法 1、 相位噪声的概念及其表征 相位噪声一般是指在系统内各种噪声作用下引起的输出信号相位的随机起伏。通常相位噪声又分为频率短期稳定度和频率长期稳定度。所谓频率短期稳定度, 是指由随机噪声引起的相位起伏或频率起伏。至于因为温度、老化等引起的频率慢漂移,则称之为频率长期稳定度。通常我们主要考虑的是频率短期稳定度问题，可以认为相位噪声就是频率短期稳定度。现代电子系统和设备都离不开相位噪声测试的要求，因为本振相位噪声影响着调频、调相系统的最终信噪比，恶化某些调幅检波器的性能；限制频移键控（FSK） 和相移键控（PSK）的最小误码率；影响频分多址接收系统的最大噪声功率等。在很多高级电子系统和设备中，核心技术中往往有一个低相位噪声频率源。可见对 相位噪声进行表征、测试以及如何减小相位噪声是现代电子系统中一个回避不了的问题。 一个理想的正弦波信号可用下式表示： V(t)=A0sin2πf0t （1） 式中，V(t)为信号瞬时幅度，A0为标称值幅度，f0为标称值频率。此时信号的频谱为一线谱。但是由于任何一个信号源都存在着各种不同的噪声，每种噪声分量各不相同，使得实际的输出成为： V(t)=[A0+ε(t)]sin[2πf0t+j(t)] （2） 在研究相位噪声的测量时，由于考虑振荡器的幅度噪声调制功率远小于相位噪声调制功率，所以|ε(t)|<

相位噪声和抖动是对同一种现象的两种不同的定量方式

相位噪声和抖动是对同一种现象的两种不同的定量方式。在理想情况下，一个频率固定的完美的脉冲信号(以1 MHz为例)的持续时间应该恰好是1微秒，每500ns有一个跳变沿。但不幸的是，这种信号并不存在。如图1所示，信号周期的长度总会有一定变化，从而导致下一个沿的到来时间不确定。这种不确定就是相位噪声，或者说抖动。 相位噪声是频率域的概念。相位噪声是对信号时序变化的另一种测量方式，其结果在频率域内显示。用一个振荡器信号来解释相位噪声。如果没有相位噪声，那么振荡器的整个功率都应集中在频率f=fo处。但相位噪声的出现将振荡器的一部分功率扩展到相邻的频率中去，产生了边带(sideband)。从图2中可以看出，在离中心频率一定合理距离的偏移频率处，边带功率滚降到1/fm，fm是该频率偏离中心频率的差值。 相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值。 相位噪声产生的原因 信号源热噪声,内部损耗电阻热噪声,混频器件电流散弹噪声及本振相位噪声,具体是温度过热关系。 相位噪声的定义 定义1： 相位噪声是指单位Hz的噪声密度与信号总功率之比,表现为载波相位的随机漂移,是评价频率源(振荡器)频谱纯度的重要指标源自: 有线数字电视传输特性与故障解析《中国有线电视》2005年赵雨境,王恒江 定义2： 相位噪声是指光的正弦振荡不稳定,时而出现某处相位的随机跳变.相位噪声导致光源线宽变宽.光强度噪声是指因自发辐射光强的随机变化和外界温度的变化,导致发射光强的起伏 源自: Fabry-Perot干涉式光纤温度传... 《传感器技术》2001年曹满婷 来源文章摘要：分析了温度对相位的调制作用以及Fabry -Perot干涉结构检测相位变化的原理,提出了一种具有高灵敏度和高分辨率的相位调制型全光纤结构,并进行了系统的噪声分析。 定义3： 是一随机量通常把信号的相似随机起伏中（t）称为相位噪声.（t）随时间变化的随机过程是一平稳的随机过程并使随机量的概率密度分布符合正态分布 源自: 受多项噪声影响的二级方差估值的置信度《四川教育学院学报》1997年林时昌 来源文章摘要：有限次（ｍ次）采样测量的二级方差估值（，ｍ）随机地偏离其真值＜）。这种随机不确定性不仅和ｍ有关，而且和噪声的性质有关。计算出单项噪声所产生的不确定度；分析了多项噪声对总不确定度的影响，并引用置信度的概念表征测量的不确定度。 定义4： (t)〕sin[2兀厂t+小(t)]相位噪声是指频率信号中由频率源内部噪声调制(调相或调频)产生的随机相位起伏.当被测相位噪声比频谱分析仪自身的相位噪声大时,可直接利用频谱分析仪来测量相位噪声,这是一种简单、方便的相位噪声测量方法 源自: 频谱分析仪在测量相位噪声过程中的数值修正《国外电子测量技术》2002年曹芸 来源文章摘要：本文介绍了在使用频谱分析仪测量相位噪声时,影响其测量结果的因素并讨论了如何对频谱分析仪输出结果进行修正。 定义5： 则()rk的相角为()kknkqj+q+,其中()nkq是噪声()nk对相位的干扰,称为相位噪声.可见,kq中包含了全部的载波相位信息,kj包含了大量甚至全部的码字信息 源自: 相位处理载波恢复算法研究《信息与电子工程》2003年袁清升,刘文 来源文章摘要：针对数字信号传输同步接收机的数字化实现,提出一种载波同步新算法即相位处理载波恢复算法。它直接对接收信号的相角进行处理,完成载波频率的快速捕获和载波相位跟踪。理论分析和计算机仿真表明,该算法简单有效,运算量小,便于用DSP器件来实现,适用性强。 定义6： 2个调相边带功率之和是总功率的一半,2个调幅边带功率之和是总功率的另一半,换句话说,总噪声功率N0的一半功率转换到调相边带,另一半转换到调幅边带,转换到调相边带的噪声称为相位噪声 源自: 卫星通信系统中相位噪声之理论及测试《电信科学》2000年殷琪

相位噪声分析及对电路系统的影响

相位噪声分析及对电路系统的影响 1. 概述 相位噪声就是短期频率稳定度，一个物理现象的两种表示方法，相位噪声为频域表示，短期频率稳定度为时域表示。相位噪声一般是指在系统内各种噪声作用下所引起的输出信号相位随机起伏。相位的随机起伏必然引起频率随机起伏，这种起伏速度较快，所以又称之为短期频率稳定度，用单边带，1Hz 带宽内的相位噪声功率谱密度￡(?m )表示。而时域一般用在一定时间间隔内，频率变化量的相对值表示，它是测量时间τ的函数，一般用方差><)(2τσ描述频率稳定度，可分长期稳定度和短期稳定度，目前没有严格界限。 频率源的相位噪声是一项非常重要的性能指标，它对电子设备和电子系统的性能影响很大，从频域看它分布在载波信号两旁按幂律谱分布。用这种信号不论做发射激励信号，还是接收机本振信号以及各种频率基准时，这些相位噪声将在解调过程中都会和信号一样出现在解调终端，引起基带信噪比下降。在通信系统中使话路信噪比下降，误码率增加；在雷达系统中影响目标的分辨能力，即改善因子。接收机本振的相位噪声，当遇到强干扰信号时，会产生“倒混频”使接收机有效噪声系数增加。所以随着电子技术的发展，对频率源的相位噪声要求越来越严格，因为低相位噪声，在物理、天文、无线电通信、雷达、航空、航天以及精密计量、仪器、仪表等各种领域里都受到重视。 2. 相位噪声及频率稳定度分析 2.1 相位噪声分析 任何信号的频谱都不可能绝对纯净，总会受到噪声的调制产生调制边带。噪声可分为：闪变噪声、干扰噪声和白噪声，1Hz 带宽内的热噪声功率N o 在常温17℃时为-174dBm/Hz 。这些噪声连续分布，假设对一纯净信号?o 进行调制，取1Hz 带宽内的噪声功率，频率为)(0f f ?+，在时间小于1秒时，可以认为噪声电压也是正弦波。这样可用矢量法来分析这两个正弦信号的调制结果，用图1表示。图1中用V 2表示?0幅度，用02N 表示噪声正弦波幅度，把?0信号看成静止，则噪声分量以 f ?=?πω2的角速度旋转。 由图1看出，当噪声矢量按ω?旋转时，?0信号既产生调幅又产生调相。在图1中a 、c 状态只产生调幅，b 、d 状态只产生调相。调幅的峰值为 ,调相峰值也叫相位最大抖动，为： V N t n 01-=ωθ 单位rad/Hz （1） 当θ值很小时，例如随机噪声调制情况下，调制指数很小，这时调相近似线性。使用迭加原理将各自独立的相位噪声功率相加，而各自独立的噪声电压按平方或平方根组合在一起。例V N M 0= '

相位噪声

相位噪声的含义 相位噪声是对信号时序变化的另一种测量方式，其结果在频率域内显示。用一个振荡器信号来解释相位噪声。如果没有相位噪声，那么振荡器的整个功率都应集中在频率f=fo处。但相位噪声的出现将振荡器的一部分功率扩展到相邻的频率中去，产生了边带(sideband)。从下图中可以看出，在离中心频率一定合理距离的偏移频率处，边带功率滚降到1/fm，fm 是该频率偏离中心频率的差值。 相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值。 图1 相位噪声的含义 主要的相位噪声测量方法 1.直接频谱测量方法 这是最简单最经典的相位测量技术。如图 2 所示，将被测件(DUT) 的信号输入频谱仪/信号分析仪，将信号分析仪调谐到被测件频率，直接测量振荡器的功率谱密度(f)。由于该方法对频谱密度的测量是在存在载波的情况下进行，因此频谱仪/信号分析仪的动态范围对测量范围有较大影响。

虽然不太适合测量非常靠近载波的相位噪声，但该方法可以非常方便地快速测定具有相对高噪声的信号源质量。测量在满足以下条件时有效: ● 频谱仪/信号分析仪在相关偏置时的本身SSB 相位噪声必须低于被测件噪声。 ● 由于频谱仪/信号分析仪测量总体噪声功率，不会区分调幅噪声与相位噪声，被测件的调幅噪声必须远低于相位噪声(通常10 dB 即可)。 图2 直接频谱测量方法 2.鉴相器测量方法 如果需要分离相位噪声和调幅噪声，则需使用鉴相器法进行相位噪声的测量。图 3 描述了鉴相器技术的基础概念。鉴相器可将两个输入信号的相位差转换为鉴相器输出端的电压。相位差设置为90° (正交) 时，电压输出为0 V。偏离正交的任何相位波动都将引发输出端的电压变化。

相位噪声和抖动的概念及其估算方法

相位噪声和抖动的概念及其估算方法 时钟频率的不断提高使相位噪声和抖动在系统时序上占据日益重要的位置。本文介绍其概念及其对系统性能的影响，并在电路板级、芯片级和单元模块级分别提供了减小相位噪声和抖动的有效方法。 随着通信系统中的时钟速度迈入GHz级，相位噪声和抖动这两个在模拟设计中十分关键的因素，也开始在数字芯片和电路板的性能中占据日益重要的位置。在高速系统中，时钟或振荡器波形的时序误差会限制一个数字I/O接口的最大速率，不仅如此，它还会增大通信链路的误码率，甚至限制A/D转换器的动态范围。 在此趋势下，高速数字设备的设计师们也开始更多地关注时序因素。本文向数字设计师们介绍了相位噪声和抖动的基本概念，分析了它们对系统性能的影响，并给出了能够将相位抖动和噪声降至最低的常用电路技术。 什么是相位噪声和抖动？ 相位噪声和抖动是对同一种现象的两种不同的定量方式。在理想情况下，一个频率固定的完美的脉冲信号(以1 MHz为例)的持续时间应该恰好是1微秒，每500ns有一个跳变沿。 但不幸的是，这种信号并不存在。如图1所示，信号周期的长度总会有一定变化，从而导致下一个沿的到来时间不确定。这种不确定就是相位噪声，或者说抖动。

抖动是一个时域概念 抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述了信号周期距离其理想值偏离了多少。通常，10 MHz以下信号的周期变动并不归入抖动一类，而是归入偏移或者漂移。抖动有两种主要类型：确定性抖动和随机性抖动。确定性抖动是由可识别的干扰信号造成的，这种抖动通常幅度有限，具备特定的（而非随机的）产生原因，而且不能进行统计分析。造成确定性抖动的来源主要有4种： 1. 相邻信号走线之间的串扰：当一根导线的自感增大后，会将其相邻信号线周围的感应磁场转化为感应电流，而感应电流会使电压增大或减小，从而造成抖动。 2. 敏感信号通路上的EMI辐射：电源、AC电源线和RF信号源都属于EMI源。与串扰类似，当附近存在EMI辐射时，时序信号通路上感应到的噪声电流会调制时序信号的电压值。 3. 多层基底中电源层的噪声：这种噪声可能改变逻辑门的阈值电压，或者改变阈值电压的参考地电平，从而改变开关门电路所需的电压值。 4. 多个门电路同时转换为同一种逻辑状态：这种情况可能导致电源层和地层上感应到尖峰电流，从而可能使阈值电压发生变化。 随机抖动是指由较难预测的因素导致的时序变化。例如，能够影响半导体晶体材料迁移率的温度因素，就可能造成载子流的随机变化。另外，半导体加工工艺的变化，例如掺杂密度不均，也可能造成抖动。 随机抖动最基本的一个特性就是随机性，因此我们可以用高斯统计分布来描述其特性。例如，对一个只包含随机抖动因素的时钟振荡器的振荡周期进行100次连续测量，测量结果会呈高斯分布（或称正态分布）。在其均值加减1个标准差的范围内包含了所有周期测量数据的68.26%，在其均值+/- 2倍标准差的范围内包含所有测量数据的95.4 %，+/- 3倍标准差范围内包含99.73%的测量数据，+/- 4倍标准差范围内包含99.99366%的测量数据。

最新的相位噪声测试技术

Agilent E5052A SSA和E5053A,最新的相位噪声测试技术 产品指南

随着航空领域和军用雷达系统的发展，越来越高的需求不断地推进着现有测试技术。特别是在微波和毫米波段的应用中，相位噪声测试已经越来越成为一个不可回避的挑战。随之而来的，是来自防碰撞雷达，无限局域网(WLAN)以及超宽带(UWB)等新兴通信市场的压力，这些新兴的技术，在微波到毫米波段达到了更高的频带。 Agilent E5052A 信号源分析仪(SSA)与E5053A 下变频转换器相结合，将信号源的特征参数测试扩展到了微波频段，最高可达26.5 GHz 。如图1所示，E5052A SSA 提供在大多数信号源特征描述中都需要的四种独立的测试，包括: 相位噪声测试，频率和功率测试，顺态特性测试和频谱分析。 引言 信号源特征参数测试 图1. 信号源特征描述所需的四种测试 2

E5052A SSA 在微波频段提供非常高的相位噪声灵敏度(如图2)。分析仪采用了独特的互相关技术(cross-correlation),不需要一个无噪声的基准源(在这一频段，这样的基准源通常十分昂贵)，就可以提高相位噪声灵敏度。 相位噪声灵敏度 图2. 屏幕显示的9.6 GHz 无噪声信号源测试结果 3

此技术基本上可以消除系统噪声。如图3所示，Agilent SSA具有两个独立的 信号通道和内置基准源。E5053A具有本地振荡器(LOs)，用来对信号进行下变频， 得到互不相关的信号。如果两个信号不相关，他们通过矢量加法电路后，来自基准 源的总噪声功率可以通过矢量平均来降低，同时，来自被测器件(DUT)的噪声信号 将凸显出来。噪声消除的程度，取决于做相关次数。做100次相关运算，可使噪声 平台下降10 dB，做10000次相关运算，可使噪声平台下降20 dB。 图3.下变频器和SSA框图 4

相位噪声测量

相位噪声及其测试技术 罗达 2907105013 0.引言 调相系统的最终信噪比，会恶化某些调幅检波器的性能，限制FSK和PSK 的最小误码率，影响频分多址接收系统的最大噪声功率。对相位噪声进行表征、测试以及如何减小相位噪声是电子系统中一个回避不了的问题。本文较详细的阐述了相位噪声的概念及其测试。 1.相位噪声的概念及其表征 1.1 相位噪声的概念 相位噪声是指信号源中，输出频率的短期稳定性指标。由于相位噪声的存在，引起载波频谱的扩展。在实际应用，所有信号源的输出都存在着幅度、频率或相位的起伏，这些相位起伏的特征描述通常叫做相位噪声。 1.2 相位噪声的来源 信号源中的杂散分量一般是由电源纹波、机械振动或系统内部鉴相信号的泄漏或其它电路的信号窜扰，具有一定的规律性。另外一种呈随机分布的相位噪声通常是由振荡器本身内各器件所产生的各种随机噪声引起的。 1.3 单边带相位噪声的定义 信号源中，由于相位噪声的存在，在频域中，输出信号的谱线相位调制边带的功率P SSB与总功率P S之比，即 L(f m)= P SSB/P S=功率密度（一个相位调制边带1Hz）/总的载波功率 L(f m)通常用相对于载波1Hz 带宽的对数来表示，单位为dBc/H

为了得到L(f m)与随机的或正弦相位调制的一般关系，首先研究正弦相位调制信号，然后再研究随机相位调制信号。 1.3.1 正弦相位调制信号 令正弦相位调制信号的瞬时相位为θ(t)=θm sin2πf m t 于是得到相位调制信号为V(t)=V0cos(2πf0t+θm sin2πf m t) (1) 假定θm<<1rad，式(1)可以简化成V(t)=V0cos2πf0t+(θm/2)V0cos2π(f0+f m)t=(θm/2)V0cos2π(f0-f m)t 上式中，第一项为载波信号，后两项为噪声边带分量，称为相位噪声。这样，一个噪声边带信号的幅度与载波信号幅度之比为 V SSB/V S=V0J1(θm)/V0J0(θm)=J1(θm)/J0(θm)=θm/2 如果用功率表示，可得到P SSB/P S=(0.25θm*θm=0.25θRMS*θRMS)，式中的θRMS为调相指数的有效值。由此可知，正弦相位调制信号的单边带相位噪声为调相指数有效值平方的一半。 1.3.2 随机相位调制信号 令随机相位调制信号的瞬时相位为θ(t)=θn(t),此处θn(t)为由噪声所引起的平稳随机函数，由随机信号论，有 式中，θn *θn代表随机相位的方均值(即总功率)；sin(f m)代表θn(t)的功率分布，即功率谱密度函数。假定θn(t)<<1，则调相信号可表示为：V(t)≈V0cos2πf0t-V0θn(t)sin2πf0t，上式中的第一项为有用信号，第二项仍为一个随机函数，可以用功率谱密度函数来表示。于是，由随机信号的调制理论有，调相信号的单边带噪声功率谱密度为P SSB（｜f-f0｜）= 14 V02sin（f m），于是输出信号的单边带相位噪声为L(f m)= =0.5sin（f m）,即：S n(f m)=2L(f m)，由此可知，随机相位调制信号的单边带相位噪声为随机相位噪声功率谱密度的一半。 2.相位噪声的测试技术 2.1 直接频谱仪法 将未调制的高频或者微波载频信号直接加到适合的频谱仪上,从该信号的频