脉冲调制信号相位噪声测试
jitter抖动（相位噪声）的概念及其测量方法（EyeDiagram）
抖动的概念及其测量方法摘要：在数字通信系统，特别是同步系统中，随着系统时钟频率的不断提高，时间抖动成为影响通信质量的关键因素。
本文介绍了时间抖动（jitter）的概念及其分析方法。
关键字：时间抖动、jitter、相位噪声、测量一、引言随着通信系统中的时钟速率迈入GHz级，抖动这个在模拟设计中十分关键的因素，也开始在数字设计领域中日益得到人们的重视。
在高速系统中，时钟或振荡器波形的时序误差会限制一个数字I/O接口的最大速率。
不仅如此，它还会导致通信链路的误码率增大，甚至限制A/D转换器的动态范围。
有资料表明在3GHz 以上的系统中，时间抖动（jitter）会导致码间干扰（ISI），造成传输误码率上升。
在此趋势下，高速数字设备的设计师们也开始更多地关注时序因素。
本文向数字设计师们介绍了抖动的基本概念，分析了它对系统性能的影响，并给出了能够将相位抖动降至最低的常用电路技术。
二、时间抖动的概念在理想情况下，一个频率固定的完美的脉冲信号（以1MHz为例）的持续时间应该恰好是1us，每500ns有一个跳变沿。
但不幸的是，这种信号并不存在。
如图1所示，信号周期的长度总会有一定变化，从而导致下一个沿的到来时间不确定。
这种不确定就是抖动。
抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述了信号周期距离其理想值偏离了多少。
在绝大多数文献和规范中，时间抖动（jitter）被定义为高速串行信号边沿到来时刻与理想时刻的偏差，所不同的是某些规范中将这种偏差中缓慢变化的成分称为时间游走（wander），而将变化较快的成分定义为时间抖（jitter）。
图1 时间抖动示意图1．时间抖动的分类抖动有两种主要类型：确定性抖动和随机性抖动。
确定性抖动是由可识别的干扰信号造成的，这种抖动通常幅度有限，具备特定的（而非随机的）产生原因，而且不能进行统计分析。
随机抖动是指由较难预测的因素导致的时序变化。
例如，能够影响半导体晶体材料迁移率的温度因素，就可能造成载子流的随机变化。
相位噪声性能测试
LMK04000系列产品的相位噪声性能测试30082862加权函数H(f)是低通闭环传递函数，其中包含了诸如电荷泵增益、环路滤波器响应、VCO增益和反馈通路（数器等参数。
该式表示了图1所示的每一级PLLAN-191030082801图1 具有抖动清除能力的双PLL时钟合成器的架构© 2009 National Semiconductor Corporation 300828 2A N -19102.0 LMK04000系列产品介绍图2示出了LMK04000精密时钟去抖产品系列的详细的框图。
其PLL1的冗余的参考时钟输入（CLKin0，CLKin1），可以支持高达400 MHz 的频率。
参考时钟信号可以是单端或者差分式的信号，为了实现操作中稳定性，还可以启用其中的自动开关模式。
驱动OSCin 端口的VCXO 的最大容许频率为250 MHz 。
OSCin 端口的信号被反馈到PLL2相位比较器上，而且也作为相位和频率基准注入到PLL2中。
虽然在图中并未示出，其内部还是可以支持分立形式的、采用外接晶振的VCXO 。
PLL2的相位比较器的基准信号输入端还提供了一个可选用的频率倍增器，这可以使得相位比较的频率得以增加一倍，从而降低了PLL2的带内噪声。
PLL2集成了一个内置的VCO ，以及可选的内置环路滤波器部件，这一部分可以提供PLL2环路滤波器的3阶和4阶极点。
VCO 的输出带有缓冲，最终由Fout 引脚向外提供信号，该信号也可以经过一个VCO 分频器路由到内部的时钟分发总线上。
时钟分发部分则对时钟信号进行缓冲，并将其分配给各个可以独立配置的通道。
每个通道具有一个分频器、延迟模块和输出缓冲器。
在时钟输出端，各信号格式的组合关系可以根据具体的器件编号来确定。
30082802图2 LMK04000系列时钟电路的框图下面的表格示出了LMK04000系列中目前已发布的器件。
正如表1所示的那样，其中包含了2个VCO 频带以及两种可配置的时钟输出格式。
微波测量第七章噪声相位噪声测试
相位噪声测试——直接频谱法测试
方法局限性：
➢不能分辨调幅噪声还是调频噪声
要求待测振荡器的调幅噪声远小于调频噪声
➢频谱仪的动态范围和分辨力要适合待测振荡 源相位噪声边带电平和载波电平的要求
分辨率主要决定于频谱仪本身3dB带宽和矩形系 数，以及频谱仪的剩余调频噪声和本振边带噪声电 平
式中，B=1.2B3dB 。
B3d声测试——直接频谱法测试实例
分辨率带宽选择1kHz
相位噪声 L(10kHZ)= -77-(-10)-10lg(1.2×103)+2.5= -95.3 dBc/Hz
相位噪声测试——直接频谱法测试
优点：
➢使用灵活，测试方便
➢精确显示离散干扰
接收机的影响
相位噪声的测试方法
➢ 频谱测量法 ➢ 鉴相法 ➢ 鉴频法 ➢ 相关测量法
直接频谱法测相位噪声
振荡器输出端直接连接到频谱仪输入端 测量载波功率P0
在偏离载波fm处，测量边带功率PSSB 利用
L(fm)=(PSSB-P0)-10lgB+2.5 (dBc/Hz)
电压起伏谱密度: S V (F ) ( V rm )2/sB(V 2/H ) z
相位起伏谱密度:
S(F)
SV(F) 2Vr2ms
(B---- 频谱仪带宽)
合作愉快
2011
相位噪声基础及测试原理和方法
摘要：相位噪声指标对于当前的射频微波系统、移动通信系统、雷达系统等电子系统影响非常明显，将直接影响系统指标的优劣。
该项指标对于系统的研发、设计均具有指导意义。
相位噪声指标的测试手段很多，如何能够精准的测量该指标是射频微波领域的一项重要任务。
随着当前接收机相位噪声指标越来越高，相应的测试技术和测试手段也有了很大的进步。
同时，与相位噪声测试相关的其他测试需求也越来越多，如何准确的进行这些指标的测试也愈发重要。
1、引言随着电子技术的发展，器件的噪声系数越来越低，放大器的动态范围也越来越大，增益也大有提高，使得电路系统的灵敏度和选择性以及线性度等主要技术指标都得到较好的解决。
同时，随着技术的不断提高，对电路系统又提出了更高的要求，这就要求电路系统必须具有较低的相位噪声，在现代技术中，相位噪声已成为限制电路系统的主要因素。
低相位噪声对于提高电路系统性能起到重要作用。
相位噪声好坏对通讯系统有很大影响，尤其现代通讯系统中状态很多，频道又很密集，并且不断的变换，所以对相位噪声的要求也愈来愈高。
如果本振信号的相位噪声较差，会增加通信中的误码率，影响载频跟踪精度。
相位噪声不好，不仅增加误码率、影响载频跟踪精度，还影响通信接收机信道内、外性能测量，相位噪声对邻近频道选择性有影响。
如果要求接收机选择性越高，则相位噪声就必须更好，要求接收机灵敏度越高，相位噪声也必须更好。
总之，对于现代通信的各种接收机，相位噪声指标尤为重要，对于该指标的精准测试要求也越来越高，相应的技术手段要求也越来越高。
2、相位噪声基础2.1、什么是相位噪声相位噪声是振荡器在短时间内频率稳定度的度量参数。
它来源于振荡器输出信号由噪声引起的相位、频率的变化。
频率稳定度分为两个方面：长期稳定度和短期稳定度，其中，短期稳定度在时域内用艾伦方差来表示，在频域内用相位噪声来表示。
2.2、相位噪声的定义以载波的幅度为参考，在偏移一定的频率下的单边带相对噪声功率。
这个数值是指在1Hz的带宽下的相对噪声电平，其单位为dBc/Hz。
相位噪声的测试方法
胡为东系列文章之七相位噪声的时域测量方法美国力科公司胡为东摘要：相位噪声主要是衡量因信号的相位变化而带来的噪声，在频域中表现为噪声的频谱，在时域中又表现为信号边沿位置的抖动，因此在实际应用中，相位噪声和信号的抖动其实本质是相同的。
本文就将对相位噪声以及TIE抖动（Time Interval Error，时间间隔误差，也叫相位抖动）的概念及相互关系做一简要介绍并详细介绍了使用力科示波器如何测量TIE 抖动并将其转换为相位噪声的。
关键词：力科相位噪声TIE 抖动一、相位噪声的基本概念一个时钟信号或者一个时钟信号的一次谐波可以用一个如下的正弦波形来表示：（），其中为时钟频率，为初始相位，如果为常数，那么的傅里叶变换频谱图应该为一条谱线，如图1中的左图所示，但是如果发生变化，则原本规则的周期正弦信号在变化的过程中将会出现拐点，且频谱也将变得不仅仅是一条谱线，而是可能由分布在时钟频率周围的很多条谱线构成的更为复杂的频谱图，如图1中的右图所示，其中频谱波形在fc附近多出的谱线即为相位噪声谱（或者叫做相位抖动谱）。
因为初始相位的变化而引起的噪声称为相位噪声，因此对于一个正弦时钟信号或者时钟信号的一次谐波来说，在理论上应该是为零的，此时上述公式中的则完全为相位噪声成分。
fcAfcA图1 正弦信号的频谱（无相位变化以及有相位变化的可能情形）为了更为精确的描述相位噪声，通常定义其为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。
如一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值，即在fm频率处1Hz范围内的面积与整个噪声频下的所有面积之比，如下图2所示。
图2 相位噪声的基本定义二、TIE抖动的基本概念及其与相位噪声的关系TIE(Time Interval Error)，时间间隔误差，是指信号的实际边沿与其理想边沿之间的偏差，理想边沿可以为固定频率信号的边沿位置，如100MHZ的信号，那么上升边沿位置就固定在10ns的整数倍位置处；也可以通过CDR（时钟数据恢复）的方法恢复出的时钟作为理想时钟。
针对无线宽带相位噪声的测试方案
针对无线宽带相位噪声的测试方案这些宽带无线系统必须要有可靠的测量技术作为支持。
关键指标误差矢量幅度（EVM）是一种严格的规范，经常用于描述传输信号的调制质量。
EVM测量的是理想的参考波形与被测波形之间的差别。
如果接收机的EVM很差，它能够正确恢复传输信号的能力就会下降，这会增加蜂窝边缘的误码率（BER），导致覆盖范围缩小。
图1 上述的QPSK信号中的相位抖动降低了接收机的灵敏度造成EVM差的原因之一是发射机和接收机当中所有振荡器的相位噪声。
正交相移键控调制（QPSK）信号的相位噪声看上去像星座图的旋转（见图1），缩短了星座点之间的距离，所以对于给定的误码率，接收机就需要更高的信噪比。
因此相位噪声降低了接收机的灵敏度。
对于像LTE和WiMAX当中的正交频分复用（OFDM）信号，本振（LO）的相位噪声叠加在n个副载波上的。
这里的相位噪声有两个效果：（1）所有副载波的随机相位旋转常称为公共相位误差（CPE）；（2）载频间干扰（ICI）是由给定的副载波被n-1个相邻的带有噪声的副载波恶化而产生的。
OFDM符号包含特定的被称为“导频”的副载波，“导频”能帮助接收机跟踪到CPE，同时估计出传输信道的频率响应。
这些“导频”并不会改善ICI，但它仍然会影响EVM。
这会导致相位噪声对OFDM的影响略微不同于对传统的QPSK信号的影响，但是相位噪声仍然是信号恶化的一个重要原因。
对于64-QAM调制的OFDM来说，对发射机输出端的EVM的要求非常严格：均方根的典型值是2.7%左右。
这就是为什么本振的相位噪声和抖动对于本振锁相环（PLL）的设计很关键的原因。
要实现均方根2.7%的EVM，我们推荐将总相位抖动均方根值低于1°作为选择合成器的标准。
测量相位噪声由于相位噪声对EVM有如此重要的影响，所以在开发过程中检验本振的相位噪声性能就非常关键。
虽然低成本设备（比如用户设备或者毫微微蜂窝设备）的生产测试次数较少，不允许进行这种深入测试，但是相位噪声测量功能却有助于过程监控和排除生产问题。
相位噪声的含义和6个测量方法
相位噪声的含义和6个测量方法相位噪声的含义相位噪声是对信号时序变化的另一种测量方式，其结果在频率域内显示。
用一个振荡器信号来解释相位噪声。
如果没有相位噪声，那么振荡器的整个功率都应集中在频率f=fo处。
但相位噪声的出现将振荡器的一部分功率扩展到相邻的频率中去，产生了边带(sideband)。
从下图中可以看出，在离中心频率一定合理距离的偏移频率处，边带功率滚降到1/fm，fm是该频率偏离中心频率的差值。
相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。
一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值。
图1 相位噪声的含义主要的相位噪声测量方法1.直接频谱测量方法这是最简单最经典的相位测量技术。
如图 2 所示，将被测件 (DUT) 的信号输入频谱仪/信号分析仪，将信号分析仪调谐到被测件频率，直接测量振荡器的功率谱密度(f)。
由于该方法对频谱密度的测量是在存在载波的情况下进行，因此频谱仪/信号分析仪的动态范围对测量范围有较大影响。
虽然不太适合测量非常靠近载波的相位噪声，但该方法可以非常方便地快速测定具有相对高噪声的信号源质量。
测量在满足以下条件时有效:● 频谱仪/信号分析仪在相关偏置时的本身 SSB 相位噪声必须低于被测件噪声。
● 由于频谱仪/信号分析仪测量总体噪声功率，不会区分调幅噪声与相位噪声，被测件的调幅噪声必须远低于相位噪声(通常10 dB 即可)。
图2 直接频谱测量方法2.鉴相器测量方法如果需要分离相位噪声和调幅噪声，则需使用鉴相器法进行相位噪声的测量。
图 3 描述了鉴相器技术的基础概念。
鉴相器可将两个输入信号的相位差转换为鉴相器输出端的电压。
相位差设置为90° (正交) 时，电压输出为 0 V。
偏离正交的任何相位波动都将引发输出端的电压变化。
图3 鉴相器工作原理目前已根据鉴相器原理开发了多种测量方法。
第三章相位噪声测量方法
鉴频法[111]主要指利用硬件电路提取被测信号的频率波动，在此基础上实现被 测信号相位噪声的测量。一般采用延迟线或微波腔体作为鉴频元件，测量不需采 用参考源，因此也称为单一信号源法。本文以延迟线作为鉴频元件为例说明本方 法。 鉴频法将被测信号源的频率波动 f 由鉴频器变换为电压波动 V ，用频谱分 析仪进行测量，得到该电压波动信号的功率谱即为被测信号的 Sf f ，由此可进 一步求出被测信号的 S f 或 L 量系统结构如图 3.3 所示。
式(3.6) )
2 (2k 1)
33 3
2
式(3.7) )
相位噪声频域 相 域测量方法研究
v(t ) V cos[ t (t )] V cos[ t
m
cos(m m t )]
式(3.2) )
其中 (t )
m
号的相位噪声 声。 cos( m t ) 为信号
信号经功分器分 分为两路， 其中一路信 信号经过延 延迟线后可表 表示为：
v1 (t ) V c cos{ (t ) cos[m (t )]} 2 m V cos[ t cos(m t ) 2 ] 2 m
32
第 第三章 相位 位噪声测量方法
后，利用频 频谱分析仪 仪测量噪声 电压信号的 的功率谱 S ( f ) ，并由 此可得被测 测信号的相 相 对单边带相位噪声 L ( f ) 。 1. 鉴频法 法测量分析 析 在实际工程中幅 幅度噪声可 可通过限幅电 电路消除和 和改善，因此 此为简化分 分析，以下 下 于相位噪声 声，故忽略信 信号幅度噪 噪声的影响。 假设被测 测信号为： 假设幅度噪声远小于
图 3.1 相位噪声测量方法分类
如何准确测试相位噪声
如何准确测试相位噪声RF测试笔记是业界一线工程师们通过理论和实践相结合的方式介绍射频微波测试技术的专栏，主要涵盖噪声系数、数字调制、矢网、频谱分析、脉冲信号等内容。
如有想看到的内容或技术问题，可以在文尾写下留言。
相位噪声是表征CW信号频谱纯度的非常重要的参数，衡量了信号频率的短期稳定度。
通常所说的相噪为单边带(SSB) 相位噪声，相噪的好坏对于系统的性能至关重要！·对于终端通信而言，如果接收机LO的相噪较差，且在信道附近存在较强的单音干扰时，在下变频过程中因交叉调制将导致信道内的噪声增加，从而恶化信噪比，严重时将无法进行正常通话！·对于卫星通信而言，如果发射机LO的相噪较差，将直接恶化数字调制信号的质量，星座图模糊，EVM变差，从而影响有效的数据传输！·对于雷达而言，如果整机的LO相噪较差，将导致部分目标的微弱回波信号淹没在强回波信号的边带中，从而无法正常检测！由此可见，相噪性能是保证系统性能的重要前提！因此，在设备研制阶段，通过合适的测量手段检验相噪性能是非常重要的一个工作环节。
如何检验信号的相噪性能呢？对于相位噪声的测试，目前业界常用的方法包括：基于频谱仪的测试方法和基于鉴相器的测试方法。
使用频谱仪测试相噪又可分为，直接标定法和使用专门的相噪选件进行自动化测试。
直接标定法即手动测试，经济实惠，但是操作相对繁琐；使用相噪选件自动化测试操作方便，可以直接给出相噪曲线，但是需要购买！至于基于鉴相器方法的设备，属于更加专业的相噪测试设备，测试能力更强，当然也是价格不菲的。
如果在研发阶段，只是要检验某些频偏处的相噪，而不要求直接得到相噪曲线，可以考虑使用频谱仪直接标定信号相噪，直接标定法也是下面要重点介绍的内容。
本文将首先介绍相噪的定义，然后介绍影响频谱仪相噪测试能力的因素，最后将给出手动测试相噪的关键步骤及注意事项。
相位噪声是如何定义的？相噪的定义是大家所熟知的，如图1所示，在距离载波f c一定频偏处的噪声功率谱密度与载波功率的比值即为相位噪声，通常是指单边带相位噪声(SSB PN)，单位为dBc/Hz。
针对无线宽带相位噪声的测试方案
针对无线宽带相位噪声的测试方案这些宽带无线系统必须要有可靠的测量技术作为支持。
关键指标误差矢量幅度（EVM）是一种严格的规范，经常用于描述传输信号的调制质量。
EVM测量的是理想的参考波形与被测波形之间的差别。
如果接收机的EVM很差，它能够正确恢复传输信号的能力就会下降，这会增加蜂窝边缘的误码率（BER），导致覆盖范围缩小。
图1 上述的QPSK信号中的相位抖动降低了接收机的灵敏度造成EVM差的原因之一是发射机和接收机当中所有振荡器的相位噪声。
正交相移键控调制（QPSK）信号的相位噪声看上去像星座图的旋转（见图1），缩短了星座点之间的距离，所以对于给定的误码率，接收机就需要更高的信噪比。
因此相位噪声降低了接收机的灵敏度。
对于像LTE和WiMAX当中的正交频分复用（OFDM）信号，本振（LO）的相位噪声叠加在n个副载波上的。
这里的相位噪声有两个效果：（1）所有副载波的随机相位旋转常称为公共相位误差（CPE）；（2）载频间干扰（ICI）是由给定的副载波被n-1个相邻的带有噪声的副载波恶化而产生的。
OFDM符号包含特定的被称为“导频”的副载波，“导频”能帮助接收机跟踪到CPE，同时估计出传输信道的频率响应。
这些“导频”并不会改善ICI，但它仍然会影响EVM。
这会导致相位噪声对OFDM的影响略微不同于对传统的QPSK信号的影响，但是相位噪声仍然是信号恶化的一个重要原因。
对于64-QAM调制的OFDM来说，对发射机输出端的EVM的要求非常严格：均方根的典型值是2.7%左右。
这就是为什么本振的相位噪声和抖动对于本振锁相环（PLL）的设计很关键的原因。
要实现均方根2.7%的EVM，我们推荐将总相位抖动均方根值低于1°作为选择合成器的标准。
测量相位噪声由于相位噪声对EVM有如此重要的影响，所以在开发过程中检验本振的相位噪声性能就非常关键。
虽然低成本设备（比如用户设备或者毫微微蜂窝设备）的生产测试次数较少，不允许进行这种深入测试，但是相位噪声测量功能却有助于过程监控和排除生产问题。
相位噪声测量
相位噪声及其测试技术罗达29071050130.引言调相系统的最终信噪比,会恶化某些调幅检波器的性能，限制FSK和PSK的最小误码率，影响频分多址接收系统的最大噪声功率。
对相位噪声进行表征、测试以及如何减小相位噪声是电子系统中一个回避不了的问题。
本文较详细的阐述了相位噪声的概念及其测试。
1. 相位噪声的概念及其表征1.1 相位噪声的概念相位噪声是指信号源中，输出频率的短期稳定性指标。
由于相位噪声的存在，引起载波频谱的扩展。
在实际应用，所有信号源的输出都存在着幅度、频率或相位的起伏，这些相位起伏的特征描述通常叫做相位噪声。
1.2 相位噪声的来源信号源中的杂散分量一般是由电源纹波、机械振动或系统内部鉴相信号的泄漏或其它电路的信号窜扰，具有一定的规律性。
另外一种呈随机分布的相位噪声通常是由振荡器本身内各器件所产生的各种随机噪声引起的。
1.3 单边带相位噪声的定义信号源中，由于相位噪声的存在，在频域中，输出信号的谱线相位调制边带的功率P SS与总功率P S之比，即L(fn)= P ssH P s=ft率密度(一个相位调制边带1Hz) /总的载波功率L(fn)通常用相对于载波1Hz带宽的对数来表示，单位为dBc/H为了得到L(f n)与随机的或正弦相位调制的一般关系，首先研究正弦相位调制信号，然后再研究随机相位调制信号。
1.3.1 正弦相位调制信号令正弦相位调制信号的瞬时相位为0 (t)= 0 m sin2 n f nt于是得到相位调制信号为V(t)=V o cos(2 n f o t+ 0 nsin2 n fnt) (1)假定0 m<<1rad，式(1)可以简化成V(t)=V o cos2 n f o t+( 0 M2)V o cos2 n (f o+f m)t=( 0 n/2)V o cos2 n (f o-f m)t上式中，第一项为载波信号，后两项为噪声边带分量，称为相位噪声。
这样，一个噪声边带信号的幅度与载波信号幅度之比为V S SE/V S=V)J1( 0 m)/V o J o( 0 m)=J 1( 0 n)/J o( 0 n)= 0 n/2如果用功率表示，可得到P S SE/P S=(O.25 0 m* 0 m=o.25 0 RMS 0 RMS，式中的0 RMS为调相指数的有效值。
脉冲调制信号相位噪声的测试方法
脉冲调制信号相位噪声的测试方法
测量脉冲调制信号相位噪声的方法主要有三种：
一、调制噪声比测量法：将脉冲调制信号与参考脉冲调制信号信号进行比较，通过比较可以得出信号相位噪声的大小。
二、噪声场测量法：噪声场分析测量是一种基于多输出传感器的噪声测量方法，可以检测到脉冲调制信号的相位噪声。
三、噪声函数测量法：噪声函数是描述脉冲调制信号相位噪声码元分布特性的指标，测量相应的噪声函数值可以检测出信号的相位噪声参数。
用频谱仪测量相位噪声的方法
⽤频谱仪测量相位噪声的⽅法谱仪是以领域⽅式对信号参数进⾏分析的仪器，其实质为⼀连续选频式电压表或扫频测试接收机，主要⽤来观察各种已调制信号的频谱、调 制度及信号源的频谱纯度、有⽆谐波 失真、寄⽣调制等。
频谱仪还有⼀种特殊的功能，即相位噪声的测试。
相位噪声是对频率综合器或者是微波信号源的频率稳定度的⼀种度量，是衡量频率源稳定度的重要参数。
在频率分析仪上，信号的所有不稳定度总和(即相位噪声和幅度噪声的总和)表现为载波两侧的噪声边带，通常当已知幅度噪声远⼗相位噪声时(⼩于 10dB)，在频谱仪上读出的边带噪声即为相位噪声。
应该指出。
不同场合对相位噪声的要求不同，测量⽅法也不同。
典型的测试⽅法已有相应的测试设备。
⽤频谱仪测相位噪声的⽅法为简易的⼀种⽅法，仅适合于要求不⾼的场合，同时也是⼴泛应⽤和⼗分有效的⽅法，其特点为简单，易操作。
⽤频谱仪直接的测量⽅法为：相位噪声的定义偏离载频 f 处(f 为指定频偏)，单边带相位噪声功率密度(即单边带内 lH2 带宽内的功率)与载波功率之⽐。
在频谱仪上偏离指定频偏处。
得到的是在等效带宽内 B 的总噪声功率电平 Pssb，须将分辩率带宽转换到1Hz 的等效噪声功率带宽， ⽤公式 B＝l 0lgl·2RBW／1Hz 表⽰，加上频谱仪的修正因⼦ 2·5dB。
⽤频谱直接测量相位噪声时，修正后的公式为：1P(f)＝Pssb／Ps-101g1·2RBW／1Hz+2·5式中：Pssb：指定偏移频率处，带宽⼀定时的⼀个边带的噪声功率电平Ps：载波的功率电平单位为：dBc／Hz下⾯是⽤ Agilent 89440A频谱仪(O-1·8GHz)测试 FLUKE 公司的 607lA 合成源某⼀信号的相位噪声过程的图表。
测试步骤：1、设置中⼼频率 CENTER 使被测信号靠近屏幕的左侧或中⼼。
2、设置参考电平 REF LEVEL 略⼤于或等于载波信号的幅度。
用相位噪声和谐波分析法测量激光脉冲的时基抖动
脉冲调制信号相位噪声测量中的功率谱估计方法
不同的相位噪声测量方法由于在测量带宽 、 灵敏度和动态范围等方面具有不同的性能 ， 分别适用于不同 的测量领域 ． 近年来 ， 鉴相法由于其测量灵敏度高 、 频率分辨率高 、 输出频率范 围 宽 、 对幅度噪声具有较好的 抑制能力等优点而受到越来越多的关注 ， 在测量系统和仪器中得到更多的应用 ．
性能与自相关法等价分辨率降低可通过增加采样点数缓解bartlett法分段段数少不易改善脉冲开关瞬间输出问题方差大不能解决脉冲调制信号的脉冲性问题方差大不能解决脉冲调制信号的脉冲性问题自相关法直接法3实验结果及分析仿真实验采用带有相位噪声的正弦信号作为被测信号其中相位噪声采用高斯白噪声和闪烁噪声构成
２ ０ １ ２年８月 第３ ９卷 第４期
Ｔ→ ∞
Ｔ ｎ ｎ
） ｔ Ｖ （ ｔ＋τ） ｄ ｔ＝ ∫Ｖ （ １ ） （ ） （ ） ｌ ｉ ｍ ｔ ｔ＋τ） ｓ ｉ ｎ ２ ｖｔ ｓ ｉ ｎ ２ ｖ（ ｔ＋τ） ｄ ｔ＝ （ π π Ｔ ２ ∫Ｖ （ １ １ ） （ ｌ ｉ ｍ ｔ ｔ＋τ） ［ ｃ ｏ ｓ ２ ｖτ） － （ π ２ Ｔ ２ ∫Ｖ （
收稿日期 ： ２ ０ １ ２ ０ ３ ０ ６ ２ ０ １ ２ ０ ３ ２ １ － － 网络出版时间 ： － － ） 基金项目 ： 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目 （ Ｋ ５ ０ ５ １ ０ ０ ４ ０ ０ １ １，Ｋ ５ ０ ５ １ １ ０ ４ ０ ０ ０ ９ ， ： 作者简介 ： 陈晓龙 （ 男， 副教授 ， 西安电子科技大学博士研究生 ， １ ９ ７ ６－ ） Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｘ ｌ ｃ ｈ ｅ ｎ＠ｍ ａ ｉ ｌ ． ｘ ｉ ｄ ｉ ａ ｎ． ｅ ｄ ｕ． ｃ ｎ． ： ／ ／ ／ ／ ／ 网络出版地址 ： ｈ ｔ ｔ ｗｗｗ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｎ ｅ ｔ ｋ ｃ ｍ ｓ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ６ １． １ ０ ７ ６． ＴＮ． ２ ０ １ ２ ０ ３ ２ １． １ ５ ３ ８． ２ ０ １ ２ ０ ４． １ ７ ５ ０ ２ ５． ｈ ｔ ｍ ｌ ｐ
相位噪声测试
相关测量法
结合了2个重复的单通道参考信号源或锁相 回路系统，在两个独立通道的输出端进行 互相关操作。 原理：被测源信号在输入端被功分成两路， 经过锁相环路，与两个独立的本振混频后 进行A/D转换和傅里叶变换，输出信号之间 做相关数字信号处理计算。
优点：易于操作、无需复杂设置及系统校 准 可在较为广泛的频率偏置范围内测量较低 的相位噪声，能提高相位噪声测量的灵敏 度，能区分相位噪声与调幅噪声，但需要 较长时间来完成近载频的低相位噪声测量。
相位噪声测试
相位噪声的概念
相位噪声是指在系统内各种噪声作用下引 起的输出信号相位的随机起伏。 频率短期稳定度
（秒与秒以下） 相位噪声 频率长期稳定度 （小时、日、月、年）
理想的正弦波信号:
真正的正弦信号:
单边带（ＳＳＢ）相位噪声￡（ｆ）
直接频谱仪法
用频谱分析仪直接测量待测频率源相位噪声 优点：简单、易操作、成本低 缺点：受频谱仪自身因素影响 适用于：测量相位噪声指标较差或调幅噪声 小的频率源，以及普通实验室内或外场对相 位噪声的预估计测试
鉴相法
将被测信号与一同频高稳定的参考源进行 正交鉴相 原理：被测源信号与参考源信号同频相位 正交，相位起伏就可转换为电压变化，若 参考源信号足够小，即可由电压变化计算 出被测源信号的相位变化。
优点：灵敏度高、被测信号频率范围宽 缺点：需要高稳定的参考信号源、不易实 现自动化测量 适用于：高稳定度频率源的相位噪声测量， 以及校准实验室内相位噪声的量值传递
鉴频法
用鉴频器将被测源的频率起伏变换为电压 起伏，用基带频谱仪测量，直接得出被测 源信号频率起伏功率谱，进而可求出相位 噪声功率谱或者相对单边功率谱。
优点：不需要参考频率源、低的宽频带噪 声底部、抑制调幅、结
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脉冲调制信号相位噪声测试方法安捷伦科技有限公司技术指南相位噪声参数是评估连续波信号频率短期稳定度的重要指标，相位噪声性能的好坏会对电子系统的整体性能有重要影响，例如雷达系统的作用距离，目标分辨率，数字通信系统的误码率等都和系统频率源的相位噪声有关。
在雷达系统和TDMA系统中，发射的信号都为脉冲形式的突发信号，测试中需要在系统的工作状态下进行频率源性能测试，这就要求在脉冲调制状态下测试频率源输出信号的相位噪声。
当信号被脉冲调制后，信号的功率谱特性会发生变化，图1为典型的脉冲调制信号的功率谱，频谱特性为按脉冲重复频率（PRF）为等间隔的离散频谱，频谱形状为sinx/x辛格函数包络，频谱包络的过零点位置为脉冲宽度的倒数（1/τ）。
脉冲调制后信号的相位噪声的频域特性同样会发生变化。
图1：脉冲调制信号功率谱特性连续波信号相位噪声反映在频谱上为偏离载波频率的噪声边带，通过单边带相位噪声指标（SSB phase noise）能对该参数进行定量描述。
当信号被脉冲调制后，载波的相位噪声边带会和重复频率位置的频谱成份噪声边带发生混叠，整个噪声边带的功率分布还会受到脉冲调制信号功率谱的sinx/x辛格函数的影响。
脉冲调制信号的频谱特性能决定了脉冲调制信号相位噪声测试时，最大测试频偏需范围需要小于脉冲重复频率一半，超过这个范围会受调制边带噪声的影响。
脉冲重复频率连续波信号相位噪声频谱特性脉冲调制信号相位噪声频谱特性图2：脉冲调制信号相位噪声频谱特性连续波信号相位噪声时域特性脉冲调制信号相位噪声时域特性图3：脉冲调制信号相位噪声的时域特性相对连续波形式点频信号相位噪声测试，脉冲调制形式的信号相位噪声测试需要测试仪表具备相应的能力来完成测试，针对脉冲调制信号相位噪声的测试要求，工程上可以采用鉴相法和频谱分析仪测试方法来测试脉冲调制信号的相位噪声。
这两种方法测试原理不同，可以适应不同类型和脉冲参数的被测试频率源的测试要求。
表格1给出这两种脉冲调制信号相位噪声测试方法的技术特点说明。
表1：脉冲调制信号相位噪声测试方法脉冲相噪测试方法 测试方法说明 技术特点 典型的测试参数范围鉴相法测试法1：使用参考信号源和被测频率源进行鉴相处理，对鉴相器输出的相位误差电压进行频谱分析。
2：测试系统对脉冲形式鉴相输出进行滤波，低噪声放大和频谱分析，得到相位噪声参数。
3：测试系统需要具备高性能参考源，频率锁定，同步脉冲调制等功能。
1：测试灵敏度高 2：相位噪声灵敏度受信号脉冲占空比影响。
3：最大测试频偏受脉冲重复频率的影响。
最大频偏小于脉冲重复频率的一半。
占空比：2%脉冲重复频率：50kHz 脉冲宽度：1us 测试频偏范围： 0.1Hz~脉冲重频/2频谱仪测试法1：使用频谱仪时间门功能对脉冲调制信号进行选时频谱测试。
2：频谱仪RBW>2/脉冲宽度 3：频谱仪的时间门处理功能，得到脉冲调制信号脉内时间区域信号的频谱，通过功率比值测量得到相位噪声参数。
1：测试方便2：测试最小频偏受信号脉冲宽度影响。
最小频偏需大于脉冲信号频谱主瓣宽度：（2/脉冲宽度）。
3：相位噪声测试灵敏度受频谱本振相噪和中频滤波器频响影响。
脉冲宽度：1ms 最小测试频偏：大于1kHz1：鉴相法测试脉冲调制信号相位噪声技术说明Agilent E5505A 相位噪声测试系统具备灵活的配置结构和完整的信号相位噪声相关参数的测试能力，能满足不同类型频率源的相位噪声相关参数的测试应用要求。
针对脉冲调制形式相位噪声测试应用，E5505A 相位噪声测试系统能提供两个方面的测试功能。
测试功能技术说明脉冲调制信号绝对相位噪声测试 测试脉冲调制形式信号载波的相位噪声性能。
被测件为单端口的发射机或脉冲调制处理后的频率源。
脉冲器件寄生相位噪声测试测试脉冲器件在工作状态对输入信号相位噪声的恶化。
被测试件为双端口电路或系统，例如：功率放大器等。
Agilent E5505A 相位噪声测试系统测试应用1：脉冲调制信号绝对相位噪声测试PSG/E8663B 参考信号源采集卡系统连接到计算机AD 采集卡E5505A 系统连接到示波器和计数器锁相环压控电压E5505A 测试系统连接关系信号源外脉冲调制接口E5505A相位噪声测试系统包含参考信号源，鉴相测试装置，微波下变频器，频谱仪，计数器，测试计算机等部份。
在脉冲调制信号相位噪声测试中，特别是在小脉冲占空比状态下，需要对被测信号源和参考信号源进行脉冲同步调制，以消除鉴相输出中的直流偏置对测试系统的影响。
可以使用脉冲发生器对被测源和参考源进行同步脉冲调制。
Agilent PSG和E8663B高性能信号源都支持外脉冲调制功能（Ext Pulse）。
也可使用被测频率源中的脉冲控制信号进行控制，如果被测源和参考源源的时间延迟较大，可以设置参考源工作于内脉冲外触发状态（Int Triggered），然后通过调整参考源脉冲触发的延迟来实现。
脉冲调制信号绝对相位噪声测试举例：被测试信号参数：测试频率：10GHz，脉冲重复周期：50kHz, 脉冲宽度：1us,信号峰值功率：13dBm测试步骤1：步骤1：测试频率确定为提提高脉冲调制信号相位噪声的测试速度和精度，可以先对连续波形式的被测信号进行相位噪声测试，一方面可以比较连续波状态和脉冲调制状态下信号相位噪声的变化，另外可以让测试系统精确地确定参考信号源的中心频率和其它校准参数，这些参数的设定可以提高脉冲状态下系统的测试速度和测试精度。
E5505A相位噪声测试系统软件设置界面对于频率超过1.6GHz的微波信号测试，需要设值的还包含：鉴相方式和变频设值。
鉴相方式可以选择为通过变频后进行鉴相(Down Converter)和微波直接鉴相（Test Set），推荐使用变频后鉴相。
如果选择变频后鉴相方法，还需要在Downconverter 菜单中设置载波频率（Input）。
连续波相位噪声测试的参考源设置于程控模式连续波测试状态下，参考源设置于系统程控模式下，参考源的中心频率，输出功率，调制参数等都由E5505A 系统软件进行设置。
步骤2：测试功率确定，鉴相常数和压控增益参数确定鉴相法测试相位噪声，测试系统的相位噪声测试灵敏度和被测信号功率有关，建议测试系统功率控制在10dBm ～20dBm 。
在连续波测试过程中，E5505A 系统会校准鉴相系统的鉴相常数（phase detector Constant ）。
该参数可以作为脉冲状态下鉴相常数的参考设置。
在连续波测试状态下，需要确定的重要参考还有参考源的压控灵敏度（VCO Tuning Parameter ），该参数会影响测试系统的频率锁定范围和相位噪声测试灵敏度（参考设值为1kHz/V 0）。
在保证锁定状态下，设值变小会提高相位噪声测试灵敏度。
该参数也要作为脉冲状态下相位噪声测试的参考。
连续波测试模式下测试参数通过仪表测试得到连续波状态相位噪声测试时，鉴相常数和参考源压控增益参数的校准都可设置为系统测试，如上图中E5505A菜单界面的设置显示。
步骤3：脉冲调制信号相位噪声测试在E5505A测试系统的设置界面上对测试参数进行设置。
首先设置测试类型和测试频偏范围。
Measurement: Absolute Phase noise( using a phase locked loop)Offset frequency range: start:10Hz, Stop:20kHz（需小于脉冲重复频率的1/2）Quality: Normal脉冲调制信号相位噪声测试的频偏范围设置脉冲调制状态下参考源工作于脉冲调制（Pulse Modulation）和调频（FM）复合调制方式下。
脉冲调制工作状态可以保证参考源和被测源保持同步脉冲调制，调频工作状态可以保证参考源和被测源的频率锁定，从而保证鉴相处理结果的正确性。
脉冲调制状态下，参考源控制模式应该设置为手动（manual）。
可以手动设置参考源的参考信号源调制参数设置：1、输出频率：和连续波测试状态相同2、输出功率：13dBm(和连续波测试状态相同)3、脉冲调制功能设置：调制打开(Pulse： On)，脉冲调制源：外部（Ext Pulse）4、调频功能设置：调制打开（FM:On），调制源：外部（Ext1），调频频偏：1kHz (和连续波状态相同)5、控制方式：本地（Local）脉冲相位噪声测试参考源参数设置E5505A的校准参数包含鉴相常数和参考源压控灵敏度，脉冲调制信号测试状态下鉴相常数可以选择为系统测量（Measure Phase detector constant），或手动设置（use current phase detector constant），手动设值的依据为：脉冲调制状态鉴相常数＝连续波状态鉴相常数×脉冲占空比例如连续波信号功率＝13dBm连续波状态测试过程中，系统校准得到的连续波状态鉴相常数＝300mv/Rad脉冲信号占空比＝10％脉冲状态下鉴相常数＝300×10％＝30mv/Rad。
脉冲调制状态下相位噪声测试，参考源压控增益参数设置为手动设值模式（Calculate from expected）。
具体设值和连续波状态相同。
脉冲调制状态下，E5505A测试系统中鉴相装置Test Set设置需要注意以下几点：低通滤波器设置于手动状态，将自动设置关闭，滤波器带宽根据脉冲调制频率设置。
设置于小于脉冲重复频率的1/2数值，或接近该数值。
Ignore out of lock cond设置开启Pulse Carrier：设置开启以上设置完成后就可启动脉冲调制信号相位噪声测试，测试中测试软件会提示仪表和被测设备的连接关系和其它测试步骤，当显示频率锁定提示时，只需选择继续(Continue)按键就可。
测试过程中可以使用示波器对鉴相误差电压信号进行监测，在频率锁定状态下，鉴相电压应该为平均电压为0V的噪声信号特性，当脉冲调制信号的脉冲重复周期比较小时，会鉴相误差电压中会出现脉冲重复频率的馈通泄露，在单边带相位噪声的测试结果中反映为频偏位置上的离散杂波。
脉冲调制信号相位噪声测试（载波频率：10GHz，脉冲宽度：1us，脉冲周期：20us）测试应用2：脉冲器件寄生相位噪声测试脉冲器件寄生相位噪声测试是评估双端口器件对输入信号相位噪声的恶化，典型的被测脉冲器件包含：行波管放大器，固态功率放大器，混频器等。
测试系统的组成如图所示。
测试中只需要一个激励信号源，信号源输出的脉冲调制信号首先通过功分器进行分路的处理，信号1输入到被测器件中作为激励，信号2作为参考。
信号通过被测件后会叠加器件的寄生相位噪声，通过将被测件输出信号和参考进行鉴相处理可以得到器件的寄生相位噪声参数，测试系统需要建立这两个信号的相位正交关系。