一、什么是相位噪聲？

相位噪聲(Phase Noise)是指系統(tǒng)(如射頻器件)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。它是衡量頻率標(biāo)準(zhǔn)源(高穩(wěn)晶振、原子頻標(biāo)等)的短期穩(wěn)定度的重要指標(biāo)，隨著頻率源性能的不斷改善，相應(yīng)噪聲越來越小，因而對相位噪聲的測量要求也越來越高。

相位噪聲通常定義為在某一給定偏移頻率處的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB為單位的該頻率處功率與總功率的比值。如圖1所示，一個振蕩器在某一偏移頻率處的相位噪聲定義為在該頻率處1Hz帶寬內(nèi)的信號功率與信號的總功率比值，約等于中心頻率f0處曲線的高度與fm處曲線的高度之差。

通常情況下，一個單頻率正弦信號是頻域的沖擊函數(shù)，但在使用頻譜分析儀或接收機(jī)測量中測量中，在頻譜的周圍會有很多毛刺，噪底被抬升，越接近信號的中心頻率，噪聲越高，相位噪聲就表現(xiàn)為近邊帶的噪聲干擾。而影響發(fā)射機(jī)信號相位噪聲的因素包括內(nèi)部晶振、時鐘穩(wěn)定度，變頻本振源，以及鎖相環(huán)的性能等。在接收端，接收機(jī)的本振相位噪聲性能是影響被測信號相噪的主要因素，而相位噪聲決定了接收機(jī)分辨近端不等幅信號的能力。

圖1 振蕩器相位噪聲示意圖

二、什么是抖動？

抖動(Jitter)又稱時間抖動，是實(shí)際測量到的信號在時域上與理想信號的偏差。

在理想信號波形中，信號周期是固定的，不隨時間的變化。但在實(shí)際中，由于時鐘穩(wěn)定度、相鄰信號通道間的串?dāng)_，信號通路上的EMI輻射，電源層的噪聲，多個門電路同時轉(zhuǎn)換為一種邏輯變化等，這些因素都會造成信號周期的抖動。除此之外，還包含由較難預(yù)測的因素導(dǎo)致的時序變化，稱之為隨機(jī)抖動。如溫度，半導(dǎo)體加工的工藝等。

如圖2所示，以1 MHz的脈沖信號為例，在理想情況下，它的持續(xù)時間應(yīng)該是1us，每500ns會有一個跳變沿，在實(shí)際測量中，由于各種因素的存在，信號周期會發(fā)生變化，最終造成抖動。

圖2 信號的時間抖動示意圖

三、相位噪聲和時間抖動的轉(zhuǎn)換

如前所述，抖動和相位噪聲所描述的是同一現(xiàn)象在時域和頻域的不同表征形式，因此，如果能從相位噪聲的測量結(jié)果中導(dǎo)出抖動的值將是有意義的。

如表1所示，安立Rubidium MG362x1A信號發(fā)生器在中心頻率100MHz，在不同頻偏下的相位噪聲情況。

表1 安立MG362x1A信號發(fā)生器的相位噪聲

如圖3，相位噪聲曲線由多條線段擬合而成，各線段的端點(diǎn)由數(shù)據(jù)點(diǎn)定義。為了獲取RMS抖動，首先需要對曲線區(qū)域內(nèi)的各段曲線進(jìn)行積分得到積分相位噪聲功率，即各段相位噪聲曲線的面積。然后將積分相位噪聲功率轉(zhuǎn)化為RMS相位抖動弧度，最終再將相位弧度轉(zhuǎn)化為RMS時間抖動。

圖3 相位噪聲擬合曲線示意圖

其中：

下面就以表1和圖3中數(shù)據(jù)為例，示例如何將相位噪聲轉(zhuǎn)換為時間抖動，具體計(jì)算結(jié)果如下：

圖4 MG362x1A信號發(fā)生器在中心頻率100MHz處的相位噪聲與抖動示意圖

所以，總的時間抖動即各個時間抖動的方和根，計(jì)算得出：

TOTAL RMS JITTER=46.78fs

即MG362x1A信號發(fā)生器在中心頻率100MHz下的時間抖動是46.78fs。

四、總結(jié)

MG362x1A是安立公司推出的全新一代射頻微波信號源，它有著超高的穩(wěn)定性和超低的相位噪聲，是一臺高純度的信號源。

圖5 安立MG362x1A信號發(fā)生器

而信號純度決定了雷達(dá)、收發(fā)器、ADC/DAC和元件測試等多種應(yīng)用中的測量質(zhì)量。安立公司的Rubidium信號發(fā)生器MG362x1A突破了相位噪聲性能的極限，結(jié)合一流的諧波和雜散性能，能夠提供行業(yè)領(lǐng)先的整體信號純度性能，使客戶能夠進(jìn)行更準(zhǔn)確的測量。