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相噪及測量方法
閱讀：8915 發(fā)布時(shí)間：2017-3-7相位噪聲反映的是單載波信號的頻譜純度，如果沒有相位噪聲，信號的所有功率都應(yīng)集中在其振蕩頻率f0處（下圖左Carrier），這個(gè)理想信號用Asin（ωt）表示。由于存在相位噪聲（下圖左Noise），相當(dāng)于在理想信號上調(diào)制了一個(gè)Φ（t）相位信號，此時(shí)整個(gè)信號表示為Asin（ωt+Φ（t））。在頻譜上體現(xiàn)為一部分功率擴(kuò)展到相鄰的頻率中去，形成邊帶（下圖右）。相噪定義為單邊帶某一給定偏移頻率fn處1Hz帶寬內(nèi)的功率Pn與信號總功率Ps比值的對數(shù)，即 10lg（Pn/Ps），相噪以dBc/Hz@fn為單位來表示。這里dBc的含義是某頻點(diǎn)功率與信號總功率的比值（下圖右），對應(yīng)于時(shí)鐘相位偏移與時(shí)鐘周期的比值。
相噪測量
相噪測量一般使用相噪儀進(jìn)行，由于技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在相噪儀不僅可以測量相噪，還可以分析電源等其它信號的噪聲，所以相噪儀也稱為信號分析儀。相噪儀的原理與頻譜儀類似，但是更加精密，并增加了一些特定的分析功能，因此使用頻譜儀也可以粗略地測試相噪。相噪儀測試相噪有多種測量方法，但使用zui廣泛的還是頻譜分析法和鑒相法這兩種測量原理。
頻譜分析法
頻譜分析法是對時(shí)鐘信號進(jìn)行頻譜分析，先測量信號總功率Ps，再測量某一偏移頻率出的功率Pn，再經(jīng)過計(jì)算便可得到該被測時(shí)鐘的單邊帶相位噪聲。頻譜分析法是一種簡單直接的相噪分析技術(shù)，適宜于測量漂移較小但相位噪聲相對較高的信號；但是頻譜分析法不能分辨出調(diào)幅噪聲和相位噪聲，測試波形不太的時(shí)鐘信號相噪時(shí)會存在較大誤差；另外由于頻譜儀的動(dòng)態(tài)范圍和zui小分辨帶寬的限制，測量精度受限。
鑒相法
鑒相法采用外差混頻方式將被測時(shí)鐘信號轉(zhuǎn)化至中頻，在中頻用一個(gè)鎖相環(huán)提取出被測時(shí)鐘信號的載波信號，再將該信號與被測信號正交鑒相，從而提取被測時(shí)鐘信號的相位噪聲Φ（t） ，處理后得到頻域相噪SΦ（f） ，進(jìn)一步積分可以得到L(f) ，L(f)對應(yīng)于RMS相噪。鑒相法的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍大，相噪電平采用低噪放大器提高靈敏度，并且可以分辨調(diào)幅噪聲和相位噪聲。
另外，鑒相法還可以進(jìn)一步增加互相關(guān)技術(shù)來增加靈敏度。互相關(guān)技術(shù)是將兩路鑒相法組合起來，對其輸出信號執(zhí)行互相關(guān)操作。待測時(shí)鐘的噪聲通過每路通道仍然是相關(guān)的，不受互相關(guān)影響；每路通道內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲是不相關(guān)的，被互相關(guān)操作抑制。引入互相關(guān)技術(shù)后無需特別精密的器件就可以實(shí)現(xiàn)更高的測量靈敏度。