(5)噪声-相位噪声测试
jitter抖动（相位噪声）的概念及其测量方法（EyeDiagram）
抖动的概念及其测量方法摘要：在数字通信系统，特别是同步系统中，随着系统时钟频率的不断提高，时间抖动成为影响通信质量的关键因素。
本文介绍了时间抖动（jitter）的概念及其分析方法。
关键字：时间抖动、jitter、相位噪声、测量一、引言随着通信系统中的时钟速率迈入GHz级，抖动这个在模拟设计中十分关键的因素，也开始在数字设计领域中日益得到人们的重视。
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，它还会导致通信链路的误码率增大，甚至限制A/D转换器的动态范围。
有资料表明在3GHz 以上的系统中，时间抖动（jitter）会导致码间干扰（ISI），造成传输误码率上升。
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抖动的基本概念，分析了它对系统性能的影响，并给出了能够将相位抖动降至最低的常用电路技术。
二、时间抖动的概念在理想情况下，一个频率固定的完美的脉冲信号（以1MHz为例）的持续时间应该恰好是1us，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。
这种不确定就是抖动。
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。
在绝大多数文献和规范中，时间抖动（jitter）被定义为高速串行信号边沿到来时刻与理想时刻的偏差，所不同的是某些规范中将这种偏差中缓慢变化的成分称为时间游走（wander），而将变化较快的成分定义为时间抖（jitter）。
图1 时间抖动示意图1．时间抖动的分类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。
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。
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。
相位噪声指标
相位噪声指标摘要：1.相位噪声的概念2.相位噪声的计算方法3.相位噪声的应用领域4.相位噪声的降低技术正文：相位噪声指标是一种用于描述信号相位随机变化的参数，它是噪声参数的重要组成部分。
相位噪声在通信、雷达、精密测量等领域有着广泛的应用。
本文将从相位噪声的概念、计算方法、应用领域以及降低技术四个方面进行介绍。
一、相位噪声的概念相位噪声是指信号相位在时间上的随机变化。
当信号经过传输或放大过程中，由于各种原因，信号的相位会发生变化，这种变化即为相位噪声。
相位噪声可以表现为频域上的相位噪声功率谱密度（PSD）和时域上的相位噪声功率谱密度（PSD）。
二、相位噪声的计算方法相位噪声的计算方法主要包括以下两种：1.频域计算法：通过测量信号的相位功率谱密度（PSD）来计算相位噪声。
相位噪声PSD 可以通过信号的傅里叶变换来计算。
2.时域计算法：通过测量信号的自相关函数和互相关函数来计算相位噪声。
时域计算法主要适用于非平稳信号的相位噪声计算。
三、相位噪声的应用领域相位噪声在以下领域有着广泛的应用：1.通信系统：相位噪声会影响通信系统的性能，如降低信号传输速率、增加误码率等。
因此，在通信系统中，需要对相位噪声进行严格的控制。
2.雷达系统：相位噪声对雷达系统的性能也有重要影响，如降低目标检测能力、降低测量精度等。
因此，在雷达系统中，也需要对相位噪声进行严格的控制。
3.精密测量：在精密测量领域，相位噪声会影响测量结果的准确性。
因此，对相位噪声的控制和测量是精密测量领域的重要研究内容。
四、相位噪声的降低技术降低相位噪声的技术主要有以下几种：1.采用低噪声元件：选择具有较低相位噪声的元件，可以有效地降低系统整体的相位噪声。
2.采用适当的信号处理技术：如数字信号处理技术、自适应滤波技术等，可以有效地降低信号的相位噪声。
3.优化系统设计：通过合理的系统设计，如降低信号传输距离、优化信号传输路径等，可以降低系统整体的相位噪声。
射频指标的测试方法
射频指标的测试方法射频（Radio Frequency，RF）指标的测试方法是评估无线通信设备性能的重要手段之一，包括信号强度、信噪比、频谱带宽、频率误差、相位噪声等指标。
下面将详细介绍射频指标的测试方法。
1.信号强度测试：信号强度是衡量射频通信质量的重要指标之一、测试方法包括测量信号接收功率和发射功率。
接收功率测试可以使用光谱分析仪或功率计等仪器，将设备的天线连接到测试设备，并测量接收到的射频信号的功率。
发射功率测试可以使用功率计、天线分析仪或频谱分析仪等仪器，通过测量设备发射的射频信号功率来评估发射功率。
2.信噪比测试：信噪比是衡量射频通信系统性能的指标之一、测试方法包括测量信号功率和背景噪声功率。
信号功率可以通过功率计或频谱分析仪来测量，背景噪声功率可以通过无信号输入时的频谱或功率测量获得。
然后，计算信噪比等于信号功率减去背景噪声功率。
3.频谱带宽测试：频谱带宽是指射频信号频谱的宽度，用于评估通信信道的有效传输能力。
测试方法包括使用频谱分析仪测量射频信号的频谱，然后通过分析频谱曲线的宽度来确定频谱带宽。
4.频率误差测试：频率误差是指设备实际输出频率与理论频率之间的差值。
测试方法包括使用频谱分析仪或频率计等仪器，将设备的输出信号连接到测试设备，并测量输出信号的频率。
然后，与设备的理论频率进行比较，计算频率误差。
5.相位噪声测试：相位噪声是指射频信号相位的随机变化。
测试方法包括使用相位噪声测试仪或频谱分析仪等仪器，将设备的输出信号连接到测试设备，并测量输出信号的相位噪声。
常用的相位噪声度量单位为分贝/赫兹（dBc/Hz）。
除了上述常见的射频指标测试方法外，还有其他射频指标的测试方法，例如功率谱密度测试、穿透损耗测试、带内波动测试等。
测试方法的选择取决于需要评估的具体指标和设备特性。
在进行射频指标测试时，需要使用适当的测试设备和测试仪器，如频谱分析仪、功率计、天线分析仪等。
同时，测试环境的选择也很重要，应尽量减少外部干扰和背景噪声，以确保测试结果的准确性和可靠性。
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，放大器的动态范圉也越来越大，增益也大有提高，使得电路系统的灵敬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，对电路系统乂提岀了更高的要求，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，频道乂很密集，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，要求接收机灵敬度越高，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.K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/Hzo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。
相位噪声
引言频率合成技术就是把一个或者多个高稳定度、高准确度的参考频率，经过各种信号处理技术，生成具有同等稳定度和准确度的各种离散频率。
频率合成器是无线传输设备中的核心部件，无论无线传输设备采用哪种变频体制，都离不开频率合成器。
发射机利用频率合成器把基带信号上变频，搬移到设置的无线传输频率，通过天线发射出去；与之相反，接收机利用频率合成器把天线接收的无线信号下变频，变为基带信号，再进行解调等后续处理。
频率合成器件的主要性能指标：①频率范围（带宽）；②频率分辨率；③频率转换时间；④频率准确度和稳定度；⑤频谱纯度（主要影响因素是相位噪音和寄生干扰）。
相位噪声的概述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，主要影响系统的门限性能和邻道干扰，特别在低速率和高阶调制体制中。
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单独提相位噪声来谈频率合成器的实现没有任何实际意义，因为涉及频率合成器的指标还有输出频率、频率步进、频率转换时间、工作带宽、体积、功耗等相关因索，只有综合考虑这些因素，才能优选最佳方案。
例如在跳频通信中，频率转换时间和工作带宽是2个重要指标，微波频段的接力通信中频率合成器输出较高的频率是设计的难点，当体积、功耗受限时，方案和器件的选择也会受限。
有时频率合成器的要求太高，可以考虑优化系统的方案，如变频方式、频率步进配置等相位噪声的定义和含义相位噪声是频率域的概念相位噪声（Phase noise）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。
相位噪声测试解决方案
１ ＭＨｚ处 的功率 ．相位 噪 声功 率 的计 算公 式 如 下
所 示 。
￣＝Ｌ－Ｌｃ－１０ｌｏｇ （ＲＢＷ ） （ｄＢｃ／Ｈｚ）
（１）
图 １ 相 位 噪 声 示 意 图
２ 频 谱 分 析 仪 的测 量 原 理
频谱 仪 是 以频 域方 式 对信 号参 数 进行 分 析 的仪 器 ．其 实质 为 一连 续选 频 式 电压表 或 扫频 测试 接 收 机 ，主 要用 来 观察 各种 调 制信 号 的波 形 、功 率 、线 性 、调 制度 和 信号 源 的谐 波失 真 。以及相 位 噪声 的 测试 等 相 位 噪声 是对 频 率综 合器 或 者是 信 号源 的 频率 稳 定度 的一种 度量 ．是衡 量 频率 源稳 定 度 的重 要参 数 。在 频 谱分 析仪 上 ．信 号 的所 有不 稳 定度 总 和 （即相位 噪 声 和幅 度噪 声 的总 和 ）表现 为 载波 两 侧 的 噪声边 带 ．通 常 当 已知 幅度 噪声 远小 于 相位 噪 声 时 （小 于 ｌ０ ｄＢ），在 频 谱 仪 上 读 出 的 边 带 噪 声 即为相 位 噪声
Ｃ） 调 节 频 谱 分 析 仪 的 中 心 频 率 为 载 波 频 率 ．
并设 置好 扫频 宽 度 、分辨 率带 宽 、视频 带宽 、扫描
时 间 、垂 直刻 度 和参 考 电平 ，使被 检信 号发 生器 的
VCO原理及测试
VCO原理及测试VCO（Voltage Controlled Oscillator）是一种基于电压控制的振荡器，其输出频率可以通过输入的电压进行控制。
VCO广泛应用于通信系统、频率合成器、频率调制和解调器、调频电视以及合成钟等领域。
本文将介绍VCO的原理及相关测试方法。
1.VCO原理VCO的原理基于控制电压与输出频率之间的线性关系。
VCO通常由一个正反馈环路组成，其中的线性元件可以是晶体振荡器、LC谐振电路或者其他振荡回路。
通常，控制电压通过改变正反馈环路中的电流、频率或电容来调节输出频率。
VCO的原理电路可以分为两种主要类型：电容调整型和电流调整型。
-电容调整型：电容调整型VCO中，输出频率与电容的值成反比。
通过改变输入电压来调整电容的值，就可以控制输出频率。
常见的电容调整型VCO包括压电振荡器和LC振荡器。
-电流调整型：电流调整型VCO中，输出频率与电流的值成正比。
通过改变输入电压来调整电流的值，就可以控制输出频率。
常见的电流调整型VCO包括晶体振荡器和四极管电流源振荡器。
2.VCO测试方法VCO的测试方法涉及到一系列的参数和性能指标，包括频率范围、线性度、相位噪声、单边带噪声功率、调制响应等。
（1）频率范围测试：频率范围测试是评估VCO的核心参数之一、测试过程中，需要利用电压信号或其他控制信号来调节输入电压，并测量相应的输出频率。
输出频率应随输入电压的变化按线性关系变化，从而确保VCO是可调的。
（2）线性度测试：线性度测试是评估VCO输出频率与控制电压之间关系的线性程度。
在测试过程中，通过改变控制电压，测量输出频率的变化，并与理论值进行比较。
线性度可以通过绘制输出频率与输入电压的关系曲线来表示。
（3）相位噪声测试：VCO的相位噪声指输出信号在频率上的稳定性。
相位噪声测试通常使用专业的频谱仪进行测量。
测试时，VCO的输出信号的功率谱密度将被测量并与参考噪声进行比较。
较低的相位噪声值表示VCO具有更好的频率稳定性。
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相位噪声测试——直接频谱法测试实例 相位噪声测试
分辨率带宽选择1kHz
相位噪声 L(10kHZ)= -77-(-10)-10lg(1.2×103)+2.5= -95.3 dBc/Hz
相位噪声测试——直接频谱法测试 相位噪声测试
优点： 优点：
使用灵活， 使用灵活，测试方便
精确显示离散干扰
适用于测量漂移较小但相位噪声相对较高的 信号源,尤其适用于快速、 信号源,尤其适用于快速、定性地初步测试信号 源性能。 源性能。
电压起伏谱密度: 电压起伏谱密度
S ∆V ( F ) = (∆Vrms ) / B
2
(V / Hz )
2
相位起伏谱密度: 相位起伏谱密度
S ∆V ( F ) S ∆φ ( F ) = 2 2Vrms
(B---相位噪声测试
方法局限性： 方法局限性： 不能分辨调幅噪声还是调频噪声
要求待测振荡器的调幅噪声远小于调频噪声
频谱仪的动态范围和分辨力要适合待测振荡 源相位噪声边带电平和载波电平的要求
分辨率主要决定于频谱仪本身3dB带宽和矩形系 分辨率主要决定于频谱仪本身3dB带宽和矩形系 数，以及频谱仪的剩余调频噪声和本振边带噪声电 平
相位噪声的测试
相位噪声
什么是相位噪声 相位噪声的来源 相位噪声对系统的影响 相位噪声参数的定义 相位噪声指标的测试方法
接收机的影响
（时域表示） 时域表示）
相位噪声的测试方法
频谱测量法 鉴相法 鉴频法 相关测量法
直接频谱法测相位噪声
振荡器输出端直接连接到频谱仪输入端 测量载波功率P0 测量载波功率 在偏离载波fm处 测量边带功率 在偏离载波 处，测量边带功率PSSB 利用 L(fm)=(PSSB-P0)-10lgB+2.5 (dBc/Hz) 式中， 式中，B=1.2B3dB 。 B3dB 分辨率带宽，单位用 分辨率带宽，单位用Hz