帶你深度解析什么是振蕩器的相位噪聲,諧波和次諧波
來(lái)源：http://www.benpai.com.cn 作者：金洛鑫電子 2020年05月29
帶你深度解析什么是振蕩器的相位噪聲,諧波和次諧波
剛開(kāi)始時(shí),相位噪聲可能看起來(lái)有些神秘,但是熟悉"普通"噪聲和"普通"功率譜密度的任何工程師都可以很快地提高速度,石英晶體振蕩器的輸出可以由相量圖表示.
該信號(hào)由一個(gè)向量表示,該向量的長(zhǎng)度與信號(hào)幅度成正比,該幅度圍繞振蕩器的頻率圍繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn),這個(gè)矢量的頂端是一個(gè)隨機(jī)的,指向振蕩器的噪聲的小矢量.該噪聲矢量可以由兩個(gè)正交矢量表示,一個(gè)正交指向信號(hào)矢量的方向,一個(gè)正交指向旋轉(zhuǎn)的方向.振幅矢量是熟悉的振幅噪聲,另一個(gè)矢量是相位噪聲矢量.顯然,當(dāng)振幅矢量改變時(shí),振蕩器的整體振幅改變,而當(dāng)相位噪聲矢量改變時(shí),振蕩器的相位改變,盡管將幅度抖動(dòng)與總幅度進(jìn)行比較很直觀,將弧度的相位抖動(dòng)與載波的幅度進(jìn)行比較似乎是任意的,這兩個(gè)量似乎無(wú)關(guān).困惑在于小角度假設(shè)的腳,該假設(shè)指出小角度的正弦等于該角度.
當(dāng)測(cè)量相位噪聲,所測(cè)量的相位角變化很小,然后可以推斷出相位噪聲矢量的長(zhǎng)度.小角度假設(shè)表明,相位噪聲矢量的長(zhǎng)度等于測(cè)得的角度乘以信號(hào)大小.換句話說(shuō),測(cè)得的角度是相位噪聲矢量除以信號(hào)大小.(對(duì)于相當(dāng)好的振蕩器,噪聲角很小).請(qǐng)注意,如果小的噪聲矢量與晶振電平(加性噪聲)無(wú)關(guān),則較大的振蕩器電平將產(chǎn)生較低的相位噪聲,就像AM信號(hào)到噪聲電平的改善一樣.如果相位變化是相位的調(diào)制,則小矢量將隨信號(hào)矢量的增長(zhǎng)而保持角度恒定,就像AM調(diào)制噪聲邊帶隨載波大小的增長(zhǎng)一樣.
在頻譜分析儀上觀察時(shí),幅度和相位噪聲將在載波的兩側(cè)以邊帶噪聲的形式出現(xiàn),通常,相位噪聲規(guī)范是由腳本L表示的單邊帶噪聲(請(qǐng)參見(jiàn)下表).大多數(shù)相位噪聲測(cè)量方案都將兩個(gè)邊帶折疊在一起,就像一個(gè)簡(jiǎn)單的AM檢測(cè)器結(jié)合兩個(gè)AM邊帶一樣,因此,根據(jù)邊帶的想干程度,測(cè)得的噪聲將比單邊帶噪聲高約3dB.(最近將腳本L(f)重新定義為等于兩個(gè)邊帶之和的一半,從而避免了整個(gè)兩個(gè)邊帶一致性的問(wèn)題).
測(cè)量噪聲角度或更準(zhǔn)確的說(shuō),測(cè)量噪聲角的頻譜密度在概念上很簡(jiǎn)單.使用長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)(慢環(huán)路響應(yīng))將要測(cè)量的振蕩器鎖相到參考振蕩器,被測(cè)Oscillator的相位變化會(huì)引起混頻器輸出電壓的變化.當(dāng)振蕩器未鎖定時(shí),可通過(guò)觀察拍子音符在零伏時(shí)的斜率來(lái)確定混頻器/鑒相器的轉(zhuǎn)換因子(以每弧度X伏為單位).然后使用常規(guī)技術(shù)(包括FFT分析儀或Wave分析儀)測(cè)量噪聲電壓的頻譜密度(將振蕩器鎖定在一起).尤其是當(dāng)測(cè)量振蕩器表現(xiàn)出的噪聲與參考噪聲一樣好時(shí),會(huì)出現(xiàn)一些復(fù)雜情況.
石英晶振輸出中的諧波含量通常意義不大,并且很容易獲得低于基頻30dB以上的電平,當(dāng)特定的諧波降到臨界頻率時(shí)(如在靈敏的接收器中),可以實(shí)現(xiàn)更高的諧波衰減,但是當(dāng)振蕩器信號(hào)由設(shè)計(jì)人員的電路處理時(shí),必須小心避免不希望的諧波再次產(chǎn)生.
當(dāng)振蕩器的輸出與較低頻率的晶體振蕩器相乘時(shí),子諧波會(huì)出現(xiàn)在一定水平上,在說(shuō)明書(shū)中應(yīng)明確定義"次諧波"一詞,因?yàn)樽罱K的輸出頻率可以通過(guò)不同的諧振器頻率和倍增系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn).
Wenzel Assoclates制造商已通過(guò)NIST校準(zhǔn)報(bào)告證實(shí)了極低相位噪聲的振蕩器,可通過(guò)Adobe Acrobat Vlewer查看5MHz和100MHz振蕩器.
帶你深度解析什么是振蕩器的相位噪聲,諧波和次諧波
剛開(kāi)始時(shí),相位噪聲可能看起來(lái)有些神秘,但是熟悉"普通"噪聲和"普通"功率譜密度的任何工程師都可以很快地提高速度,石英晶體振蕩器的輸出可以由相量圖表示.
當(dāng)測(cè)量相位噪聲,所測(cè)量的相位角變化很小,然后可以推斷出相位噪聲矢量的長(zhǎng)度.小角度假設(shè)表明,相位噪聲矢量的長(zhǎng)度等于測(cè)得的角度乘以信號(hào)大小.換句話說(shuō),測(cè)得的角度是相位噪聲矢量除以信號(hào)大小.(對(duì)于相當(dāng)好的振蕩器,噪聲角很小).請(qǐng)注意,如果小的噪聲矢量與晶振電平(加性噪聲)無(wú)關(guān),則較大的振蕩器電平將產(chǎn)生較低的相位噪聲,就像AM信號(hào)到噪聲電平的改善一樣.如果相位變化是相位的調(diào)制,則小矢量將隨信號(hào)矢量的增長(zhǎng)而保持角度恒定,就像AM調(diào)制噪聲邊帶隨載波大小的增長(zhǎng)一樣.
在頻譜分析儀上觀察時(shí),幅度和相位噪聲將在載波的兩側(cè)以邊帶噪聲的形式出現(xiàn),通常,相位噪聲規(guī)范是由腳本L表示的單邊帶噪聲(請(qǐng)參見(jiàn)下表).大多數(shù)相位噪聲測(cè)量方案都將兩個(gè)邊帶折疊在一起,就像一個(gè)簡(jiǎn)單的AM檢測(cè)器結(jié)合兩個(gè)AM邊帶一樣,因此,根據(jù)邊帶的想干程度,測(cè)得的噪聲將比單邊帶噪聲高約3dB.(最近將腳本L(f)重新定義為等于兩個(gè)邊帶之和的一半,從而避免了整個(gè)兩個(gè)邊帶一致性的問(wèn)題).
測(cè)量噪聲角度或更準(zhǔn)確的說(shuō),測(cè)量噪聲角的頻譜密度在概念上很簡(jiǎn)單.使用長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)(慢環(huán)路響應(yīng))將要測(cè)量的振蕩器鎖相到參考振蕩器,被測(cè)Oscillator的相位變化會(huì)引起混頻器輸出電壓的變化.當(dāng)振蕩器未鎖定時(shí),可通過(guò)觀察拍子音符在零伏時(shí)的斜率來(lái)確定混頻器/鑒相器的轉(zhuǎn)換因子(以每弧度X伏為單位).然后使用常規(guī)技術(shù)(包括FFT分析儀或Wave分析儀)測(cè)量噪聲電壓的頻譜密度(將振蕩器鎖定在一起).尤其是當(dāng)測(cè)量振蕩器表現(xiàn)出的噪聲與參考噪聲一樣好時(shí),會(huì)出現(xiàn)一些復(fù)雜情況.
當(dāng)振蕩器的輸出與較低頻率的晶體振蕩器相乘時(shí),子諧波會(huì)出現(xiàn)在一定水平上,在說(shuō)明書(shū)中應(yīng)明確定義"次諧波"一詞,因?yàn)樽罱K的輸出頻率可以通過(guò)不同的諧振器頻率和倍增系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn).
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