带你深度解析什么是振荡器的相位噪声,谐波和次谐波
来源：http://www.jinluodz.com 作者：金洛鑫电子 2020年05月29
带你深度解析什么是振荡器的相位噪声,谐波和次谐波
刚开始时,相位噪声可能看起来有些神秘,但是熟悉"普通"噪声和"普通"功率谱密度的任何工程师都可以很快地提高速度,石英晶体振荡器的输出可以由相量图表示.
该信号由一个向量表示,该向量的长度与信号幅度成正比,该幅度围绕振荡器的频率围绕原点旋转,这个矢量的顶端是一个随机的,指向振荡器的噪声的小矢量.该噪声矢量可以由两个正交矢量表示,一个正交指向信号矢量的方向,一个正交指向旋转的方向.振幅矢量是熟悉的振幅噪声,另一个矢量是相位噪声矢量.显然,当振幅矢量改变时,振荡器的整体振幅改变,而当相位噪声矢量改变时,振荡器的相位改变,尽管将幅度抖动与总幅度进行比较很直观,将弧度的相位抖动与载波的幅度进行比较似乎是任意的,这两个量似乎无关.困惑在于小角度假设的脚,该假设指出小角度的正弦等于该角度.
当测量相位噪声,所测量的相位角变化很小,然后可以推断出相位噪声矢量的长度.小角度假设表明,相位噪声矢量的长度等于测得的角度乘以信号大小.换句话说,测得的角度是相位噪声矢量除以信号大小.(对于相当好的振荡器,噪声角很小).请注意,如果小的噪声矢量与晶振电平(加性噪声)无关,则较大的振荡器电平将产生较低的相位噪声,就像AM信号到噪声电平的改善一样.如果相位变化是相位的调制,则小矢量将随信号矢量的增长而保持角度恒定,就像AM调制噪声边带随载波大小的增长一样.
在频谱分析仪上观察时,幅度和相位噪声将在载波的两侧以边带噪声的形式出现,通常,相位噪声规范是由脚本L表示的单边带噪声(请参见下表).大多数相位噪声测量方案都将两个边带折叠在一起,就像一个简单的AM检测器结合两个AM边带一样,因此,根据边带的想干程度,测得的噪声将比单边带噪声高约3dB.(最近将脚本L(f)重新定义为等于两个边带之和的一半,从而避免了整个两个边带一致性的问题).
测量噪声角度或更准确的说,测量噪声角的频谱密度在概念上很简单.使用长时间常数(慢环路响应)将要测量的振荡器锁相到参考振荡器,被测Oscillator的相位变化会引起混频器输出电压的变化.当振荡器未锁定时,可通过观察拍子音符在零伏时的斜率来确定混频器/鉴相器的转换因子(以每弧度X伏为单位).然后使用常规技术(包括FFT分析仪或Wave分析仪)测量噪声电压的频谱密度(将振荡器锁定在一起).尤其是当测量振荡器表现出的噪声与参考噪声一样好时,会出现一些复杂情况.
石英晶振输出中的谐波含量通常意义不大,并且很容易获得低于基频30dB以上的电平,当特定的谐波降到临界频率时(如在灵敏的接收器中),可以实现更高的谐波衰减,但是当振荡器信号由设计人员的电路处理时,必须小心避免不希望的谐波再次产生.
当振荡器的输出与较低频率的晶体振荡器相乘时,子谐波会出现在一定水平上,在说明书中应明确定义"次谐波"一词,因为最终的输出频率可以通过不同的谐振器频率和倍增系数来实现.
Wenzel Assoclates制造商已通过NIST校准报告证实了极低相位噪声的振荡器,可通过Adobe Acrobat Vlewer查看5MHz和100MHz振荡器.
带你深度解析什么是振荡器的相位噪声,谐波和次谐波
刚开始时,相位噪声可能看起来有些神秘,但是熟悉"普通"噪声和"普通"功率谱密度的任何工程师都可以很快地提高速度,石英晶体振荡器的输出可以由相量图表示.
当测量相位噪声,所测量的相位角变化很小,然后可以推断出相位噪声矢量的长度.小角度假设表明,相位噪声矢量的长度等于测得的角度乘以信号大小.换句话说,测得的角度是相位噪声矢量除以信号大小.(对于相当好的振荡器,噪声角很小).请注意,如果小的噪声矢量与晶振电平(加性噪声)无关,则较大的振荡器电平将产生较低的相位噪声,就像AM信号到噪声电平的改善一样.如果相位变化是相位的调制,则小矢量将随信号矢量的增长而保持角度恒定,就像AM调制噪声边带随载波大小的增长一样.
在频谱分析仪上观察时,幅度和相位噪声将在载波的两侧以边带噪声的形式出现,通常,相位噪声规范是由脚本L表示的单边带噪声(请参见下表).大多数相位噪声测量方案都将两个边带折叠在一起,就像一个简单的AM检测器结合两个AM边带一样,因此,根据边带的想干程度,测得的噪声将比单边带噪声高约3dB.(最近将脚本L(f)重新定义为等于两个边带之和的一半,从而避免了整个两个边带一致性的问题).
测量噪声角度或更准确的说,测量噪声角的频谱密度在概念上很简单.使用长时间常数(慢环路响应)将要测量的振荡器锁相到参考振荡器,被测Oscillator的相位变化会引起混频器输出电压的变化.当振荡器未锁定时,可通过观察拍子音符在零伏时的斜率来确定混频器/鉴相器的转换因子(以每弧度X伏为单位).然后使用常规技术(包括FFT分析仪或Wave分析仪)测量噪声电压的频谱密度(将振荡器锁定在一起).尤其是当测量振荡器表现出的噪声与参考噪声一样好时,会出现一些复杂情况.
当振荡器的输出与较低频率的晶体振荡器相乘时,子谐波会出现在一定水平上,在说明书中应明确定义"次谐波"一词,因为最终的输出频率可以通过不同的谐振器频率和倍增系数来实现.
Wenzel Assoclates制造商已通过NIST校准报告证实了极低相位噪声的振荡器,可通过Adobe Acrobat Vlewer查看5MHz和100MHz振荡器.
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