作者：應(yīng)用工程師孫振礫

相位噪聲測(cè)試的意義

相位噪聲（Phase noise）通常是指各類頻率源在各種噪聲的作用下引起的系統(tǒng)輸出信號(hào)相位的隨機(jī)變化。它是衡量各類頻率源（晶振，原子鐘，鎖相環(huán)）頻率穩(wěn)定質(zhì)量的重要指標(biāo)，在信號(hào)處理中，相位噪聲是波形相位中隨機(jī)波動(dòng)的頻域表示，對(duì)應(yīng)于與完美周期性（抖動(dòng)）的時(shí)域偏差。一般來(lái)說(shuō)，射頻工程師談?wù)撜袷幤鞯南辔辉肼?，而?shù)字系統(tǒng)工程師則處理時(shí)鐘的抖動(dòng)。

隨著頻率源技術(shù)和性能的不斷提升，相應(yīng)的噪聲量級(jí)也越來(lái)越下，因?yàn)閷?duì)相對(duì)噪聲譜的測(cè)量要求也越來(lái)越高。

如何描述相位噪聲的大小呢？如下圖一所示，在偏移中心頻率一定范圍內(nèi)，單位帶寬內(nèi)的功率與總信號(hào)功率的比，單位為dBc/Hz。

圖一 相位噪聲的定義

相位噪聲測(cè)試方法

如果被測(cè)器件（DUT）的相位噪聲相對(duì)于頻譜分析儀的本地振蕩器較大，則可以使用頻譜分析儀測(cè)量相位噪聲。基于頻譜分析儀的測(cè)量可以顯示幾十個(gè)倍頻程范圍內(nèi)的相位噪聲功率；例如1Hz到1GHz偏移。

當(dāng)DUT的相位噪聲很低時(shí)，頻譜分析儀就無(wú)法滿足測(cè)試需要了，這時(shí)，相位噪聲測(cè)試儀可以作為頻譜分析儀的替代品。相位噪聲測(cè)試儀允許測(cè)量殘余（相加）噪聲和絕對(duì)噪聲。此外，還可以在載波附近進(jìn)行低噪聲測(cè)量。

現(xiàn)代化的相位噪聲測(cè)試儀，不僅僅可以進(jìn)行相位噪聲測(cè)量，還可以進(jìn)行調(diào)幅噪聲測(cè)試，并將相位噪聲測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)換為一定積分區(qū)間內(nèi)的隨機(jī)抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果。如下圖二所示，在同一個(gè)測(cè)試界面內(nèi)，既可以對(duì)OCXO的相位噪聲進(jìn)行測(cè)量并顯示（黃色曲線），也可以顯示調(diào)幅噪聲測(cè)試結(jié)果（藍(lán)色曲線），并在下方顯示區(qū)域鐘顯示隨機(jī)抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果（Jitter）

圖二 基于FSWP相位噪聲測(cè)試儀的測(cè)試結(jié)果顯示

頻譜儀法測(cè)試相位噪聲均基于頻譜測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行相位噪聲的計(jì)算，該測(cè)試法無(wú)法區(qū)分調(diào)幅噪聲和相位噪聲，靈敏度受儀器固有相位噪聲限制，無(wú)載波抑制，測(cè)量范圍受分辨率濾波器形狀因子限制， 動(dòng)態(tài)范圍有限等缺點(diǎn)。

在用單路硬件通道進(jìn)行相位噪聲測(cè)試過(guò)程中，儀器內(nèi)部器件都會(huì)引入額外噪聲。所以最后測(cè)試到的相位噪聲實(shí)際是包含這些噪聲因素的。如果被測(cè)件的相位噪聲比較高，這些因素對(duì)結(jié)果的影響比較小。但是如果被測(cè)件本身的相位噪聲很低，那我們不得不考慮這些因素。互相關(guān)法通過(guò)引入第二個(gè)支路，并且采取數(shù)學(xué)運(yùn)算的方式，可以進(jìn)一步提高相位噪聲的測(cè)試靈敏度。這也是相位噪聲分析儀多采用的測(cè)試方法。

圖三 互相關(guān)法相位噪聲測(cè)試原理

結(jié) 語(yǔ)

使用頻譜儀法進(jìn)行相位噪聲測(cè)試時(shí)，雖然測(cè)試精度受儀器自身指標(biāo)影響，但測(cè)試設(shè)置簡(jiǎn)單、快捷，頻率偏移范圍大，可測(cè)試很多信號(hào)源的特性，比如：雜散發(fā)射、鄰信道功率泄漏、高次諧波，并且可以直接顯示相位噪聲曲線（當(dāng)調(diào)幅噪聲忽略不計(jì)時(shí)）。使用相位噪聲測(cè)試儀可以避免頻譜儀法的限制，不僅可以測(cè)試靈敏度，還可以進(jìn)行調(diào)幅噪聲測(cè)試，也是目前業(yè)界最主流的相位噪聲測(cè)試方法之一。