使用实时采样示波器测量相位噪声——
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。
如何通过实时示波器进行抖动测试和分析
器配合 TDSJIT3 抖动分析软件进行抖动测试和分析。图 1 是 TDSJIT3 实时抖动测试结果。
图 1 TDSJIT3 进行高速数据的抖动测试和抖动分解
3. 抖动测试
抖动可以描述为相邻脉冲边沿、甚至非相邻脉冲边沿周期或相位的定时变化。这些指标适 合检定长期和短期的时钟和数据稳定性。通过更加深入地分析抖动指标，利用抖动测试结果， 预测复杂系统的数据传输性能。
测量误差可能会高达50 ps峰值，RMS结果将受到类似的影响，因为时基误差是确定的。在 这种情况下，我们看到在测量时间更长时，常数0.3所决定的短期抖动效应变得不如时基校准和 稳定性对长时间结果的影响明显。在泰克示波器中，采用一种独有硬件技术保证更高的时间测 试精度，称为实时内差模式，它作用在示波器采集前端，通过sinx/x内差算法在ADC的样点间插 入样点，并且可以调节插入的样点数目，最小样点间隔为500fs。
检验JNF的方法之一是测量没有噪声的、完美定时的信号。尽管完美信号非常少见，但适
ZhangKai, Tektronix China
当良好的信号源是存在的，可以用来表征抖动本底噪声。一般用于这一测试的常用仪器是具有 低相位噪声的高精度RF发生器。
泰克示波器使用时间间隔误差(TIE)来测量JNF。TIE是最优方法，因为它测试出信号中的任 何相位误差，而不管误差具有高频特点还是低频特点，是单次事件误差还是累积误差。此外， 在实时示波器中，TIE方法可以将计算得到的完美时钟作为参考时钟源。
对于数字示波器而言，典型的抖动测试方法主要有 2 种： 1) 采用数字存储示波器的等效采样模式或直接使用采样示波器，通过直方图统计测量累计定
时抖动。等效采样的缺点是无法消除示波器自身的触发抖动对测试结果的影响，并且由于 它采用的是多次触发，多次采集，累计显示的工作方式，对于电路设计和调试而言受到较 多的限制，无法进行深层的抖动分析。另一个限制是该方法抖动测试参数有限，例如不能 测试周期间抖动。 2) 3) 更为流行的方法是采用数字存储示波器的实时捕获模式，单次触发，连续采集大量数据， 配合相应的抖动测试软件进行抖动测试。当通过实时采集模式时，由于示波器工作在单次 触发模式，连续实时采集所有信号，所以它不受仪器多次触发带来的触发抖动影响。并且 它可以通过复杂的抖动分析和抖动分解得到每一个抖动分量，帮助设计和测试人员分析抖 动产生的原因，甚至通过抖动分解估算系统的误码率。例如，在美国国家信息标准委员会 (INCITS)下属的 T11.2 组织在有关抖动和信号完整性方法论(MJSQ)中，推荐泰克实时示波
时间抖动（jitter）的概念及其分析方法
时间抖动(jitter)的概念及其分析方法随着通信系统中的时钟速率迈入GH z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3GH z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。
本文介绍了时间抖动（jitter）的概念及其分析方法。
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。
关键字：时间抖动、jitter、相位噪声、测量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动（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。
使用示波器测量信号相位差
1前言我们知道可以使用幅度和相位来描述所有周期性信号，对工程师来说信号通过电路网络时，信号相位的变化是最为关注的，目前的数字示波器提供了测量相位变化的功能。
在数字示波器的测量中，周期性波形的相位描述了某个时间点的特定位置，图1标出了一些重要的相位点：最大幅度、最小幅度以及正向和负向过零点；另外，波形的相位是周期性的，波形的完整周期被定义为具有360°或2π弧度的相位。
相位差或相位角的概念：它是两个相位点之间的相位差，是指在具有相同频率的两个不同波形上的差。
通常我们对信号通过电路、线缆、连接器或PCB 之前和之后的相位差感兴趣，基本表现：一是具有超前相位的波形具有比其相对波形更早出现的特定相位点，例如当信号通过一个电容时就是这种情况（输出电流将比输出电压超前90°）；二是相反，具有滞后相位的波形具有比相对波形更晚出现的相位点，如果两个信号的相位相差180°，则说两个信号相反，相位相差±90°的信号是相位正交的。
2使用时间延迟测量相位差其是通过找到两个波形之间的时间延迟及其周期，可以在示波器上测量相位差，且可以使用示波器的光标完成此操作。
如图2所示，其中相对光标测量两个10MHz 正弦波的最大值之间的时间差，屏幕右下角的光标时间读数显示延迟为10ns ，也可以使用光标测量周期，相位差（以度为单位）可使用以下公式确定：Φ=td/tp ×360=10ns/100ns ×360°=36°其中：td是波形之间的延迟，tp 是波形的周期。
这种技术是延续于模拟示波器，也适用于数字示波器（DSO ），但测量精度非常依赖于光标的手动放置。
使用示波器测量信号相位差美国力科公司供稿图1周期性正弦波上的重要相位点是峰值和过零点图2使用示波器光标测量两个波形上相同相位点之间的时间延迟3使用相位测量参数测量相位差DSO 通过直接提供相位测量参数来简化相位测量，即基于测量波形的延迟和周期，可以设置每个波形的测量阈值和边沿极性；其中，相位测量与前一部分中使用的方法相同，应用插值以确保测量的相位点的准确定位。
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。
相位噪声 时域 频域-概述说明以及解释
相位噪声时域频域-概述说明以及解释1.引言1.1 概述相位噪声是一种在信号处理和通信系统中广泛存在的噪声形式，它对系统性能和数据传输具有重要影响。
相位噪声源于信号的相位变化，可能导致频谱中的频率偏移或相位偏移。
因此，研究和理解相位噪声的特性、分析方法和应用是非常重要的。
在现代通信系统中，相位噪声是一个关键的技术指标，特别是在高速数据传输和无线通信等领域。
它在天线设计、频谱规划、调制解调、时钟同步和误码率性能等方面起着关键作用。
相位噪声的特性主要包括其频谱分布和功率密度谱。
频谱分布通常用功率谱密度表示，它描述了信号在不同频率上的能量分布。
相位噪声的功率密度谱通常呈现出随频率增加而增大的趋势。
此外，相位噪声还具有相位不稳定性和频率稳定性两个方面的特性。
相位不稳定性描述了相位随时间变化的程度，而频率稳定性描述了信号频率的稳定性。
时域分析和频域分析是用来研究相位噪声的重要工具。
时域分析主要关注信号在时间域上的波形和变化特性。
常见的时域分析方法包括自相关函数、互相关函数、统计量分析等。
而频域分析则研究信号在频域上的频谱分布和频率成分。
常见的频域分析方法包括傅里叶变换、功率谱密度估计等。
本文将重点探讨相位噪声的定义、特性以及其对系统性能的影响。
同时介绍时域分析和频域分析的基本原理、方法和工具，并讨论它们在相位噪声研究中的应用。
最后，总结相位噪声对系统的重要性，评价时域和频域分析的综合价值，并展望未来在相位噪声研究方面的发展方向。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：1.2 文章结构本文将按照以下结构来进行论述相位噪声、时域分析和频域分析的相关内容：2. 正文2.1 相位噪声2.1.1 定义和背景2.1.2 相位噪声的特性2.1.3 相位噪声的影响2.2 时域分析2.2.1 时域分析的基本原理2.2.2 时域分析的方法和工具2.2.3 时域分析的应用2.3 频域分析2.3.1 频域分析的基本原理2.3.2 频域分析的方法和工具2.3.3 频域分析的应用3. 结论3.1 总结相位噪声的重要性3.2 对时域和频域分析的综合评价3.3 展望未来的研究方向通过以上的结构安排，本文将首先从引言部分概述相位噪声的背景和目的，然后展开正文内容，分别介绍相位噪声的定义和特性，以及时域和频域分析的基本原理、方法、工具和应用。
001 使用力科示波器测量噪声
力科示波器基础应用系列之一——使用力科示波器测量噪声美国力科公司提要电路中的每个电子元器件会产生随机噪声。
随机噪声的分析需要时域、频率、统计域的工具。
力科示波器具有表征随机噪声的能力，该应用将主要展示这些功能。
工具由于单独测量无法提供之前或下一次测量的任何信息，随机过程很难量化，只能查看该过程的累积测量。
Figure 1展示了用于比如噪声这样的随机过程的基本测量工具，最上面的迹线是输入通道2的幅度时间曲线。
底下的迹线是显示噪声随频率分布的功率谱密度曲线。
再下面的迹线是单独的噪声电压测量的直方图，展示了单独测量的幅值分布。
最下面的迹线是通道每1000个采集点的标准方差趋势，显示出在多次测量中测量值的变化。
这些分析功能，结合测量参数，提供了噪声测量的完整工具。
时域测量让我们从大部分基本测量开始。
Figure 2中我们做了带宽受限噪声波形的时域测量。
通过使用测量参数取得了噪声信号特征的一些认识。
大多数有意义的参数是波形的平均值，标准方差，峰峰值。
这些测量的标准方差，可以描述为交流有效值，被看作成波形的有效值是非常有用的。
参数统计可显示平均值，最大值，最小值，标准方差，统计的测量值数量。
读出参数下的小直方图称为histicons，显示了相关参数测量值的分布。
直方图噪声呈高斯分布，平均值和标准方差用来描述噪声的概率密度函数（pdf）。
直方图提供了测量参数分布的简单视图。
Figure 3 显示了采集样本值的直方图。
该直方图为用户提供了带有被测过程的概率密度函数的估计。
这个数据可以使用直方图参数解释。
Figure 3 显示了3个直方图参数，hmean，hsdev，和range，分别是平均值，标准方差，范围的直方图分布。
直方图可由单次采样或多次采样计算出来。
这两种情况都能提供被研究过程的大量本质认识。
这个例子中的伪高斯分布表明信号源是一个随机过程。
Figure 4 的直方图稍有不同。
分布的宽度增加了并且有2个峰。
使用实时采样示波器测量相位噪声
使用实时采样示波器测量相位噪声——第二部分来源：互联网在前面的文章中我们讨论了如何使用两种不同的技术进行相位解调，从而从实时示波器采集的波形中提取相位噪声信息。
本文我们将继续讨论串行数据时钟恢复技术的精度，何种类型的数据可以进行分析以及提高测量水平的方法。
为了检测示波器相位噪声测量的精度，我们使用了内置宽带随机相位调制源的纯净信号源。
通过在较宽的频带上引入相对较大的 PM(Phase Modulation的简称，下略) 振幅，我们可以将测量值与是德科技 E5052B 等信号源分析仪的测量值进行对比，从而验证两种设备测得的噪声水平。
在下面的测量中（图 1），SSA 的测量结果为蓝色，示波器（是德科技 MSOS804A）的测量结果为绿色。
在注入的 PM范围内两者呈现了完美的一致性。
高于 2 MHz 时，由于 SSA 的本底噪声较低，因此两条曲线有所分离。
图 1测量本底噪声实时采样示波器进行抖动测量时的本底噪声受垂直（电压）精度和定时精度的影响。
采样系统的垂直噪声、时间基准的稳定性、示波器自身的振荡器的相位噪声和示波器交织采样体系结构的缺陷都会给抖动测量造成误差，进而影响相位噪声测量。
示波器抖动测量本底技术指标的计算公式如下：TIE= 噪声边沿转换速率2+固有抖动2 [秒峰值]固有抖动部分由内部参考时基的稳定性决定。
对最高性能的示波器而言，例如 63 GHz 的是德科技 Z 系列产品，该值可能低至 50 fs，但必须注意该值只在相当短的采样时间内有效。
测量相近的相位噪声时我们需要延长采样时间，此时示波器的固有抖动会增加，因为示波器本身也有相位噪声。
本底噪声和信号转换速率大部分情况下式中第一项决定了抖动测量的本底噪声。
信号和示波器垂直噪声与信号的有限转换速率一起使得边沿出现明显的水平位移，即抖动。
因此选择垂直噪声带宽密度尽可能低的示波器至关重要。
如果示波器可以限制任意频率的带宽，那么也可以改善抖动测量的本底噪声。
用示波器测量电源噪声的方法（1）
⽤⽰波器测量电源噪声的⽅法（1）⽤⽰波器测量电源噪声的⽅法(1)2010年8⽉9⽇⼤哥⽜3 条评论引⾔如今的电⼦设计越来越趋向与切换速度加快，封装上会有更多的引脚，信号幅度更⼩。
因此设计⼈员在从⼿机到服务器等新的数字电路设计中会更注意电源噪声。
实时⽰波器通常⽤来测量电源噪声。
本⽂将讲述分析电源噪声的技术，评估电源噪声测试的⼯具。
⾯临的问题由于切换速度和信号转换速率增加，设备上需要切换的引脚数⽬越来越多，电源中引⼊了更多的切换噪声。
同时，电路也变得越来越受电源噪声影响。
减少单位间隔意味着减少时间裕量。
减⼩信号幅度会转为减少噪声裕量。
对所有⼯程上会遇到的问题，理解问题并精确的测量数据才能解决问题。
对“噪声”的理解在理想的情况下，电源是不会有噪声的，那么电源噪声是怎么产⽣的呢？除了由于热过程不可避免引起的⾼斯噪声（通常这不是噪声的主要部分）之外，所有的电源噪声都会有⼀到两个源。
开关电源会造成不希望的噪声，这些噪声通常会在开关切换频率的谐波或者和切换频率⼀致。
当门电路和输出引脚驱动开关时，会要从电源上得到电流。
这是⼤多数数字电路中的噪声源。
这些切换虽然会随机的发⽣，但是会趋向于和系统时钟⼀致。
当我们把这些看出是叠加在电源上的“信号”⽽不是“噪声”的时候，分析就会变得简单有效。
测量的挑战由于电源噪声带宽很⼤，设计师更倾向于⽤⽰波器来测量电源噪声。
我们会在后⾯讲述⽰波器对噪声原因分析的独特作⽤。
实时⾼带宽数字⽰波器和⾼带宽探头⾃⾝也有噪声，这个必须要考虑。
如果你要测量的电源噪声和⽰波器以及探头的噪底是在⼀个数量级上的话，你的测量的精确度就会有问题了。
本⽂就要讨论关于⽰波器噪底的更多信息。
另外⼀个问题是动态范围。
电源是直流电压，上⾯的交流噪声占直流电平的⽐例很⼩。
有些⽰波器很探头就会遇到问题，要设置好偏置，要很好的探测才能得到更好的观测噪声，才能是⽰波器⾃⾝的噪底很⼩。
下⾯就讲⼀讲⽰波器⾃⾝的噪声。
⽰波器⾃⾝的噪声图1. 噪声源如图1所⽰。
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。
微波信号频谱、相位噪声和功率的测量-实验报告
近代微波测量实验报告（一）一、实验名称：微波信号频谱、相位噪声和功率的测量二、实验目的：1.了解微波测试用频谱仪的组成、构造和工作原理2.掌握微波信号源和频谱分析仪的使用方法3.利用微波频谱分析仪测试微波信号频谱、功率和相位噪声三、实验器材：微波信号源一台、微波频谱分析仪一台、同轴电缆一根4、实验原理：相位噪声是衡量频率标准源(高稳晶振、原子频标等)频稳质量的重要指标，随着频标源性能的不断改善，相应噪声量值越来越小，因而对相位噪声谱的测量要求也越来越高。
无源和有源器件中的噪声一般有热噪声、闪烁噪声（1/f噪声）、散粒噪声、周期稳态噪声。
相位噪声是用来表征一个信号源的短期频率稳定度的。
在频域中，相位噪声表征噪声对输出信号相位的扰动，其定义为在偏移载波频率Δω处的单位带宽内的单边带噪声谱与载波功率之比，如下图所示：五、实验内容观察不同衰减设置下信号的变化、观察不同RBW带宽设置对信号频谱的影响；测试信号源输出信号的相位噪声（偏离10KHz、100KHz、1MHz、10MHz）；存储测试数据并进行分析。
六、实验步骤一、正确连接信号源与频谱仪二、对信号源进行设置，输出所需的单频信号，信号源按键DIAGR--Baseband--Multicarrier CW三、对频谱仪进行适当设置，频谱仪按键AMPT--RF Atten Manual观察不同衰减设置下信号的变化四、频谱仪按键BW--Res BW Manual，观察不同RBW 带宽设置对信号频谱的影响五、频谱仪按键MKR--Phase Noise Ref Fixed，测试信号源输出信号的相位噪声（偏离10KHz、100KHz、1MHz、10MHz）六、纪录测试数据并进行分析。
七、实验结果：测得中心频率f0=3GHz，输入-10dBm时，测得输出为-11.69dBm。
1、偏离10kHz（设置span为50k，RBW为300Hz）相噪：+10kHz处-101.21dBc/Hz；-10kHz处-98.17dBc/Hz2、偏离100kHz（设置span为500k，RBW为3kHz）相噪：+100kHz处-101.96dBc/Hz；-100kHz处-102.06dBc/Hz3、偏离1MHz（设置span为3M，RBW为30kHz）相噪：+1MHz处-115.61dBc/Hz；-1MHz处-114.32dBc/Hz4、偏离10MHz（设置span为50M，RBW为100kHz）相噪：+10MHz处-128.54dBc/Hz；-10kHz处-130.16dBc/Hz八、讨论：1.在一定条件下，衰减器衰减量每增加10dB，频谱仪显示噪声电平提高10dB。
电源噪声测试中示波器的量化误差 示波器技术指标
电源噪声测试中示波器的量化误差示波器技术指标示波器是一种常用的电子测量仪器，它可以把肉眼看不见的电信号转换为可见的图像，以便于人们讨论电现象的变化构成。
示波器的作用是特别广泛的，还可以使用示波器经行噪声测试，那么实在的测试方法是什么呢？在电源噪声测试中，示波器的量化误差会导致测量不精准。
示波器存在量化误差，实时示波器的ADC为8位，把模拟信号转化为2的8次方（即256个）量化的级别，当显示的波形只占屏幕很小一部分时，则增大了量化的间隔，减小了精度，精准的测量需要调整示波器的垂直刻度（必要时使用可变增益），尽量让波形占满屏幕，充分利用ADC的垂直动态范围。
通常测量电源噪声，使用有源或者无源探头，探测某芯片的电源引脚和地引脚，然后示波器设置为长余辉模式，最后用两个水平游标来测量电源噪声的峰峰值。
这种方法有一个问题是，常规的无源探头或有源探头，其衰减因子为10，和示波器连接后，垂直刻度的最小档位为20mV，在不使用DSP滤波算法时，探头的本底噪声峰峰值约为30mV。
以DDR2的1.8V供电电压为例，假如按5％来算，其允许的电源噪声为90mV，探头的噪声已经接近待测试信号的1/3，所以，用10倍衰减的探头是无法精准测试1.8V/1.5V等小电压。
在实际测试1.8V噪声时，垂直刻度通常为5—10mV/div之间。
另外，探头的GND和信号两个探测点的距离也特别紧要，当两点相距较远，会有很多EMI噪声辐射到探头的信号回路中，示波器察看的波形包括了其他信号重量，导致错误的测试结果。
所以要尽量减小探头的信号与地的探测点间距，减小环路面积。
一. 数字示波器1. 数字示波器和模拟示波器有哪些重要区分？优缺点？答：模拟示波器只能察看简单重复信号（正弦波，方波，三角波等）和多而杂的重复信号（电视信号）。
而不能察看数字信号。
像测电源开与关一瞬间的电压上升时间假如用用模拟示波器是很难办到的而用数字示波器就很简单。
利用数字示波器的单次捕获功能就OK。
用示波器测相位
实验二：用示波器测量频率和相位一、实验目的：1、学会利用示波器测量频率和相位的方法；2、比较几种测量相位的误差。
二、实验原理：在示波器测试技术中，通常是根据周期来推算频率的。
相位的测量实际是相位差的测量，因为信号Um sin（ωt十Ф）的相位（ωt十Ф）是随时间变化的，测量绝对的相位值是无意义的。
因此，具有实际意义的相位测量是指两个同频率的弦信号之间的相位差的测量。
利用示波器线性扫描下的多波形显示是测量相位差最直观、最简便的方法。
相位量的原理是把一个完整的信号周期定为3600，然后将两个信号在X轴上的时间差换成角度值。
李沙育图形法测相位是利用示波器X和Y通道分别输入被测信号和一个已知信号，调节已知信号的频率使屏幕上出现稳定的图形，这些图形称为李沙育图形，根据已知信号的频率（或相位）便可求得被测信号的频率（或相位）李沙育图形法既可测量频率又可测量相位。
三、实验设备：1、函数信号发生器，型号YB1638，指标：0.2Hz-2MHz，数量1xx；2、双踪示波器，型号YB4360，指标：DC--60MHz，数量1xx。
四、实验预习要求：1、复习好《电子测量》中示波测量技术的有关章节。
2、参照仪器使用说明书，了解函数信号发生器、双踪示波器的各旋钮、开关的作用。
五、实验步骤1．用双踪示波法测量相位将欲测量的两个信号A和B分别接到示波器的两个输入通道，示波器设置为双踪显示方式，调节有关旋钮，使荧光屏上显示两条大小适中的稳定波形，先利用荧光屏上的坐标测出信号的一个周期在水平方向上所占的长度，然后再测量两波形上对应点（如过零点、峰值点等）之间的水平距离，则两信号的相位差为：ΔФ=(x/xT)×3600式电X为两波形上对应点之间的水平距离；XT为被测信号的一个周期在水平方向上所占的距离。
为减小测量误差，还可取波形前后测量的平均值，用这种方法测相位差时应该注意，只能用其中一个信号去触发另一路信号，最好选择其中幅度较大的那一个，而不要用多个信号分别去触发，以便提供一个统一的参考点进行比较。
用示波器测量电源噪声的方法(1)
用示波器测量电源噪声的方法(1)2010年8月9日 大哥牛3 条评论引言如今的电子设计越来越趋向与切换速度加快，封装上会有更多的引脚，信号幅度更小。
因此设计人员在从手机到服务器等新的数字电路设计中会更注意电源噪声。
实时示波器通常用来测量电源噪声。
本文将讲述分析电源噪声的技术，评估电源噪声测试的工具。
面临的问题由于切换速度和信号转换速率增加，设备上需要切换的引脚数目越来越多，电源中引入了更多的切换噪声。
同时，电路也变得越来越受电源噪声影响。
减少单位间隔意味着减少时间裕量。
减小信号幅度会转为减少噪声裕量。
对所有工程上会遇到的问题，理解问题并精确的测量数据才能解决问题。
对“噪声”的理解在理想的情况下，电源是不会有噪声的，那么电源噪声是怎么产生的呢？除了由于热过程不可避免引起的高斯噪声（通常这不是噪声的主要部分）之外，所有的电源噪声都会有一到两个源。
开关电源会造成不希望的噪声，这些噪声通常会在开关切换频率的谐波或者和切换频率一致。
当门电路和输出引脚驱动开关时，会要从电源上得到电流。
这是大多数数字电路中的噪声源。
这些切换虽然会随机的发生，但是会趋向于和系统时钟一致。
当我们把这些看出是叠加在电源上的“信号”而不是“噪声”的时候，分析就会变得简单有效。
测量的挑战由于电源噪声带宽很大，设计师更倾向于用示波器来测量电源噪声。
我们会在后面讲述示波器对噪声原因分析的独特作用。
实时高带宽数字示波器和高带宽探头自身也有噪声，这个必须要考虑。
如果你要测量的电源噪声和示波器以及探头的噪底是在一个数量级上的话，你的测量的精确度就会有问题了。
本文就要讨论关于示波器噪底的更多信息。
另外一个问题是动态范围。
电源是直流电压，上面的交流噪声占直流电平的比例很小。
有些示波器很探头就会遇到问题，要设置好偏置，要很好的探测才能得到更好的观测噪声，才能是示波器自身的噪底很小。
下面就讲一讲示波器自身的噪声。
示波器自身的噪声图1. 噪声源如图1所示。
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使用实时采样示波器测量相位噪声——第一部分
来源：互联网
什么是相位噪声？
维基百科对相位噪声的定义是：“波形相位在频域中的快速、短期、随机波动，由时域的不稳定（抖动）引起。
”噪声一词的定义说明该术语不涉及任何杂散项或确定项。
上面定义中的“短期”旨在将该定义与其他确定时钟源纯净度的方式相区别，例如每百万稳定点，即 ppm。
后者通常在较长的一段时间测得，例如数秒或数分钟。
相位噪声通常以对数频率图表示，例如下图（图 1），图中幅度单位为 dBc/Hz（分贝与 1 Hz 带宽载波功率的比值）。
x 轴表示相对于标称信号或“载波”频率的频率偏移。
图 1
为什么使用示波器？
在说明如何使用示波器测量相位噪声之前，最好先了解一下为什么使用实时示波器。
现在已经有了专门测量相位噪声的仪器，例如 Keysight E5052B 信号源分析仪（SSA），它拥有比任何示波器都低的相位噪声测量本底噪声。
SSA 能够执行准确测量，更接近相位噪声偏
移值，测量速度也比任何示波器都快。
但是该仪器也有一些测量限制，例如对最大频率偏移范围有所要求。
相位噪声分析仪的典型最大偏移为 100MHz。
对大于 100 MHz 的时钟频率，有时也要测量更高的频率偏移，但这超出了此类仪器的测量范围。
但示波器可以测量传递到数据信号上的相位噪声，而不仅仅测量时钟。
示波器使用简单如果也足以满足测量要求，当预算不足以购买专用的相位噪声测量设备时更是上佳选择。
相位提取
示波器可以捕捉整个信号波形并对其进行数字化，有多种方法可以从数字化波形中提取相位噪声信息。
本文将简要介绍两种方法：
1.时钟恢复
2.通过矢量信号分析软件执行相位解调
通过串行数据时钟恢复执行相位解调
示波器分析信号是否达到设定的电压阈值，并将其与参考时钟边沿对比，从而测量串行数据或时钟信号的时序变化（抖动）。
对于相位噪声，我们希望参考时钟为理想的固定频率时钟。
大部分现代示波器都具有时钟恢复算法，可以从信号中提取时钟。
在许多情况下，我们希望通过算法实现锁相环（PLL）仿真，但在这里，我们只需要提取一个固定周期的理想时钟，因此我们不会像 PLL 那样“追查出”任何相位变化。
建立时钟恢复的示例如下图。
（图 2）算法可设置为根据每次采样结果调整标称信号频率和相位。
图 2
示波器对时间间隔误差（TIE）的测量能为每一个边沿相对理想时钟建立时序绝对时间误差。
要转换至相位（弧度）误差我们只需要乘以2*pi*fc 即可，式中fc 为时钟载波频率。
φrad=2*π*TIEt*fc
时间间隔误差趋势可以通过 FFT 转换为频率空间，称为抖动频谱。
大部分现代示波器均内置有此功能，或可通过选件实现此功能（图 3）。
图 3
如需获取测得的相位谱密度清晰视图，需要对多次采样得到的抖动功率频谱进行平均化处理。
通过抖动频谱法得到的最大频率偏移值（fj_max）等于载波频率（当 TIE 包括上升和下降边沿时）。
最小频率偏移值（fj_min）在理论上由 TIE 采样的时间长度决定。
即：采样得到的频率分量一定大于 TIE 第一个边沿与最后一个边沿之间时间的倒数。
#Pts=SaRatefφ_min
在这里通过实时采样示波器测量相位噪声存在困难。
必须保持足够高的采样率才能准确测量到时间边沿，但为了得到低频率内容，必须使用非常大的采样存储器深度采集更长时间。
实例：
SaRate = 80 GSa/s
fj_min = 100Hz
所需存储深度= 800 MPts
每次采样都要通过时钟恢复、傅里叶变换建立抖动频谱的方式进行处理，找出边沿，然后对多次采样进行平均化。
示波器必须具备深存储器，能够快速进行处理的能力。
现在我们了解了相位噪声测量的基础知识，但我们还是希望得到以 dBc/Hz 为单位的结果，因为这是此类测量的惯例。
大部分相位噪声图都有对数频率刻度，可以更好地显示相近相位噪声偏移。
作为示例，我们以秒而不是弧度为单位建立 TIE 测量，然后将单位转换为 dBc，方法如下：
相位噪声dBc= 20*log102*π*fc*jsrms(fφ)
但是请注意上面的相位噪声含有载波两边的能量。
人们通常考虑的是单边带（SSB）相位噪声，即载波频谱单边带上的噪声，用符号 L 表示。
因此我们必须将上面的相位噪声除以 2，因为 L(fj) = 0.5*Sφ(fj)，还要除以抖动频谱解析带宽的平方根，以便将带宽标准化为 1 Hz。
因此：
L(fφ) dBc/Hzpk= 20*log10π*fc*jsrms(fφ)rbw
此类测量和转换的示例如下。
（图 4）这里使用 Keysight Infiniium DSAV334A 示波器和一款名为 Infiniium 相位噪声的软件对高纯度 100MHz正弦波进行测量。
不但要对抖动频谱进行平均化，还要在本次应用中使用平滑和杂散消除技术，从而更好地测量随机相位本底噪声。
图 4
通过矢量信号分析软件执行相位解调
Keysight 89600B 等矢量信号分析软件可以使用包括实时示波器在内的多种硬件来获取数据。
模拟相位解调算法对串行数据时钟恢复采用了不同的工作方法，但结果相似。
图 5 是一张高层次的方框图，描绘了 89600B VSA 软件如何执行相位解调。
理想的本地振荡器（LO）以数学方法混合了数字化信号的 2 个副本，其中一个信号与另一个信号间有 90 度相位差。
混合后的信号通过低通滤波消除高频混合产物，仅留下相位（和频率）误差。
这可以用包括相位频谱在内的多种方式显示。
图 5
图中文字中英对照
VSA PM 解调算法可选配自动载波频率和相位追踪算法，如下图所示（图 6）：
图 6
自动载波频率算法将时钟频率调整为测得的标称信号时钟频率，而不是用户输入值（类似串行数据时钟恢复）。
这一频率会针对每一新的波形采集重新计算。
自动载波相位算法也会对每次采集的输入信号标称相位进行调整。
下图显示的也是使用 DSAV334A 示波器对 100MHz 纯正弦波进行测量，但通过 VSA 软件控制示波器的采样、相位解调和相位噪声频谱平均化。
两种解调技术的结果呈现了完美的一致性。
图 7
总结
可对实时示波器获得的数字化波形应用不同的算法来恢复相位噪声信息，建立相位噪声图。
技术上的取舍不在本文讨论范围之内，但我们可以说使用示波器进行相位噪声测量不但可行，也非常有用。
在后续文章中我们将讨论使用实时示波器进行此类测量时应作的权衡和如何保证精度。