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帶你深度解析什么是振蕩器的相位噪聲,諧波和次諧波

來源：http://www.qp11688.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
　　剛開始時,相位噪聲可能看起來有些神秘,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.

　　該信號由一個向量表示,該向量的長度與信號幅度成正比,該幅度圍繞振蕩器的頻率圍繞原點旋轉,這個矢量的頂端是一個隨機的,指向振蕩器的噪聲的小矢量.該噪聲矢量可以由兩個正交矢量表示,一個正交指向信號矢量的方向,一個正交指向旋轉的方向.振幅矢量是熟悉的振幅噪聲,另一個矢量是相位噪聲矢量.顯然,當振幅矢量改變時,振蕩器的整體振幅改變,而當相位噪聲矢量改變時,振蕩器的相位改變,盡管將幅度抖動與總幅度進行比較很直觀,將弧度的相位抖動與載波的幅度進行比較似乎是任意的,這兩個量似乎無關.困惑在于小角度假設的腳,該假設指出小角度的正弦等于該角度.
　　當測量相位噪聲,所測量的相位角變化很小,然后可以推斷出相位噪聲矢量的長度.小角度假設表明,相位噪聲矢量的長度等于測得的角度乘以信號大小.換句話說,測得的角度是相位噪聲矢量除以信號大小.(對于相當好的振蕩器,噪聲角很小).請注意,如果小的噪聲矢量與晶振電平(加性噪聲)無關,則較大的振蕩器電平將產生較低的相位噪聲,就像AM信號到噪聲電平的改善一樣.如果相位變化是相位的調制,則小矢量將隨信號矢量的增長而保持角度恒定,就像AM調制噪聲邊帶隨載波大小的增長一樣.
　　在頻譜分析儀上觀察時,幅度和相位噪聲將在載波的兩側以邊帶噪聲的形式出現,通常,相位噪聲規范是由腳本L表示的單邊帶噪聲(請參見下表).大多數相位噪聲測量方案都將兩個邊帶折疊在一起,就像一個簡單的AM檢測器結合兩個AM邊帶一樣,因此,根據邊帶的想干程度,測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邊帶之和的一半,從而避免了整個兩個邊帶一致性的問題).
　　測量噪聲角度或更準確的說,測量噪聲角的頻譜密度在概念上很簡單.使用長時間常數(慢環路響應)將要測量的振蕩器鎖相到參考振蕩器,被測Oscillator的相位變化會引起混頻器輸出電壓的變化.當振蕩器未鎖定時,可通過觀察拍子音符在零伏時的斜率來確定混頻器/鑒相器的轉換因子(以每弧度X伏為單位).然后使用常規技術(包括FFT分析儀或Wave分析儀)測量噪聲電壓的頻譜密度(將振蕩器鎖定在一起).尤其是當測量振蕩器表現出的噪聲與參考噪聲一樣好時,會出現一些復雜情況.

　　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,當特定的諧波降到臨界頻率時(如在靈敏的接收器中),可以實現更高的諧波衰減,但是當振蕩器信號由設計人員的電路處理時,必須小心避免不希望的諧波再次產生.
　　當振蕩器的輸出與較低頻率的晶體振蕩器相乘時,子諧波會出現在一定水平上,在說明書中應明確定義"次諧波"一詞,因為最終的輸出頻率可以通過不同的諧振器頻率和倍增系數來實現.
　　Wenzel Assoclates制造商已通過NIST校準報告證實了極低相位噪聲的振蕩器,可通過Adobe Acrobat Vlewer查看5MHz和100MHz振蕩器.
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