PDF《频谱分析仪应用解惑之频率分辨力》

短期稳定度是时钟相位瞬态的变化, 在时域上称抖动 (jitter) , 在频域上称相位噪声 (Phase Niose) ,表示为指相对于载波一定频偏处的 1Hz 带宽内的能量与载波电平的比值,相应的单位为归一化的 dBc/Hz.如图

6 所示为抖动和相位噪声之间的区别. 图6抖动和相位噪声 在系统层面,相位噪声反映了仪器整个时钟环路的稳定度,数字部分的 ADC 与数字中频处理也会有影 响,但是对相位噪声最主要的影响因素仍是参考源及时钟环路,选型和设计需要谨慎. 现代频谱分析仪普遍基于外差(Heterodyne)接收机 频率选择 的结构,混频器将输入的射频信号和 本振信号相乘然后滤波,得到变频后的中频信号.即使输入的射频信号是一个很纯净的正弦波,混频器也 会将本振的相位噪声忠实地带入混频结果,形成一个具有相同相位噪声的中频信号. 并不是所有的测量都会受到相位噪声的影响.相位噪声和中频的能量是固定的比例关系,当信号电平 远大于系统底噪时,这个相位噪声才会大于系统的底噪,那么它将就会明显地出现在载频的周围,如图

7 所示. 图7本振的相位噪声体现在对能量信号的测量结果中 在矢量信号分析中,信号的相位也包含着重要的信息,本振的抖动将恶化中频相位的信噪比,所以相 位噪声对矢量信号的 EVM 也有着重要的影响. 因此,当我们对包含了本振相位噪声的中频进行 峰值检测 时,相位噪声就会体现在测量结果中. 在某个 RBW 下,距离这个频率很近同时幅度又高于系统显示平均噪声电平的另一个信号,虽然可被 RBW 在频率轴分辨出来,但仍会隐藏在相位噪声之下,如图

8 所示.当然,相位噪声也是一种随机噪声,它和 系统的显示平均噪声电平一样,随分辨率带宽的变化规律一致,若将分辨率带宽缩小

10 倍,显示相位噪 声电平将减小

10 dB. 这个原理将在后续文章中阐述. 这种情况下需要使用超过实际分辨率的 RBW 来测量, 代价就是增加了系统的扫描时间. 图8相位噪声会影响不等幅信号的分辨能力 相位噪声只会影响载波附近的小信号的分辨.随着距离载波的频率而逐渐衰减,近端的相位噪声固 然影响了频率分辨能力和幅度动态范围;

但是当距离载波足够远时,远端的相位噪声会低于系统的显示噪 声平均电平,如图

9 所示为基于鼎阳科技 SSA3032X 在SPAN=4MHz 时观察到的相位噪声和显示平均噪声 电平. 图9鼎阳科技 SSA3032X 在SPAN=4 MHz 时观察相位噪声和显示平均噪声电平 需要说明,在将参考源倍频得到本振的过程中,稳定度也将按倍频比例恶化,其结果是相位噪声变差. 因此相位噪声的标定通常要对应特定的测量频率,例如在

500 MHz,1 GHz 等频率点测量;

典型的相位噪 声曲线经常要提供多个频率点的情况,例如偏离

1 kHz,10 kHz,100 kHz 分别给出测量值,便于横向比较. 相位噪声 图10 鼎阳科技 SSA3032X 在1GHz 偏移

10 kHz 处的相位噪声 如何确定一台频谱分析仪的相位噪声呢? 一般情况下我们关注的是近端相位噪声,也就是距离载频

1 MHz 以内的相位噪声.使用一个高精度信 号源(此信号源的相位噪声必须小于频谱分析仪的相位噪声)设置

1 GHz,0dBm 的正弦波,频谱分析仪设 置的 RBW 在合适的扫描时间例如

1 kHz,此时分别观察距离峰值

10 kHz,100kHz 位置的差值,根据 RBW 归一化到 1Hz 即可得到在