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射頻信號時間頻率穩(wěn)定性的相位噪聲和抖動
1. 射頻信號時間頻率穩(wěn)定性
1.1. 什么是相位噪聲(Phase noise)
相位噪聲是指系統(tǒng)(如各種射頻器件)在各種噪聲的作用下引起的系統(tǒng)輸出信號相位的隨機(jī)變化。
1.2. 相位噪聲的本質(zhì)
相位噪聲體現(xiàn)信號相位的隨機(jī)變化,量值是在某頻率處dBc/Hz。
dBc體現(xiàn)比值概念,那么這是功率比值還是相位比值?答案是功率比值,對應(yīng)相位隨機(jī)變化的分布幅度和概率。
1.3. 什么是抖動(Jitter)
相位噪聲和抖動是對同一種現(xiàn)象的兩種不同的定量方式。
相噪是在頻域定標(biāo),抖動是在頻域定標(biāo),兩者可以相互轉(zhuǎn)換:
相位噪聲L對應(yīng)的線性功率P(f)=10^(L/10);
頻段(Δf=f2-f1)內(nèi),功率密度積分,對應(yīng)相位變化ΔΦ=sqrt(2*∫ P(f)df),即剩余調(diào)相;
對于頻率為fc的信號,其時域抖動jitter = ΔΦ/(2*π*fc)。
由相噪結(jié)果計(jì)算得來的抖動(均方根值)數(shù)值單位是s,對應(yīng)相應(yīng)相噪分析的頻段(頻偏),多個頻段的抖動數(shù)值可以通過均方根值合成一個數(shù)值,對應(yīng)整個頻段的抖動值。
2. 相噪測試方法
2.1. 頻譜儀
頻譜分析法理解相位噪聲(功率比值):
測試頻率f0的信號功率P0(dBm),在f0+Δf頻率偏移處讀取的功率密度值P1(dBm/Hz),對應(yīng)相位噪聲L(dBc/Hz)。
2.2. 信號源分析儀 – PLL
PLL鑒相法理解相位噪聲(相位變化的功率譜比值):
信號Signal = Cos(wt+Φ(t))
信號的初相Φ(t)在時域的抖動,數(shù)字化轉(zhuǎn)換為頻域功率譜(FFT),對應(yīng)相位噪聲L(dBc/Hz)。
處于靈敏度的考慮,信號源分析儀通常有互相關(guān)的功能。簡而言之,信號與分析儀內(nèi)置兩個獨(dú)立的PLL系統(tǒng),被測信號進(jìn)入兩個PLL后,產(chǎn)生兩個帶噪聲的直流信號;通過相關(guān)運(yùn)算,將PLL內(nèi)置參考源的噪聲歸零,僅剩被測信號的相噪。
2.3. 信號源分析儀 – 數(shù)字解調(diào)
將被測信號Signal = Cos(wt+Φ(t))量化為I/Q數(shù)據(jù)后,直接解調(diào)分析Φ(t)。將時域Φ(t)通過FFT轉(zhuǎn)換為頻域,即為信號的相位噪聲。
Φ(t)=angle(IQ)
Phasenoise = FFT(Φ(t))
本方法也可以通過兩個解調(diào)通道,實(shí)現(xiàn)互相關(guān),從而提高靈敏度。
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