相位噪声(幅度和相位的计算公式)

相位噪声和相位抖动有换算关系吗

晶振的相位噪声和抖动有什么关系

相位噪声和抖动是对同一种现象的两种不同的定量方式(描述)。抖动是一个时域概念，单位是pS或fS。相位噪声是频率域的概念，相位噪声是用偏移频率fm处1Hz带宽内的矩形的面积,与整个功率谱曲线下包含的面积之比表示的，单位为-dBC/Hz。

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。通常，10 MHz以下信号的周期变动并不归入抖动一类，而是归入偏移或者漂移。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。造成确定性抖动的来源主要有4种：

1.相邻信号走线之间的串扰喊此悔：当一根导线的自感增扒仿大后，会将其相邻信号线周围的感应磁场转化为感应电流，而感应电流会使电压增大或减小，从而造成抖动。

2.敏感信号通路上的EMI辐射：电源、AC电源线和RF信号源都属于EMI源。与串扰类似，当附近存在EMI辐射时，时序信号通路上感应到的噪声电流会调制时序信号的电压值。

3.多层基底中电源层的噪声：这种噪声可能改变逻辑门的阈值电压，或者改变阈值电压的参考地电平，从而改变开关门电路所需的电压值。

4.多个门电路同时转换为同一种逻辑状态：这种情况可能导致电源层和地层上感应到尖峰电流，从而可能使阈值电压发生变化。

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。另外，半导体加工工艺的变化，例郑正如掺杂密度不均，也可能造成抖动。

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。

影响相位噪声的因素有哪些

相位噪声一般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。通常相位噪声又分为频率短期稳定度和频率长期稳定度。所谓频率短期稳定度,是指由随机噪声引起的相位起伏或频率起伏。至于因为温度、老化等引起的频率慢漂移,则称之为频率长期稳定度。通常我们主要考虑的是频率短期稳定度问题，可以认为相位噪声就是频率短期稳定度。---一个理想的正弦波信号可用下式表示：---V(t)=A0sin2πf0t（1）---式中，V(t)为信号瞬时幅度，A0为标称值幅度，f0为标称值频率。此时信号的频谱为一线谱。但是由于任何一个信号源都存在着各种不同的噪声，每种噪声分量各不相同，使得实际的输出成为：---V(t)=[A0+ε(t)]sin[2πf0t+j(t)]（2）---在研究相位噪声的测悔租缺量时，由于考虑振荡器的幅度噪声调制功率远小于相位噪声调制功率，所以|ε(t)|<<A0，通常可以将ε(t)忽略不计，而主要是对j(t)项进行测量，故可以得到：---V(t)=A0sin[2πf0t+j(t)]（3）---对j(t)的测量，可以用各种类型的谱密度来表示。显然此时的相位起伏为Δj(t)=j(t)，频率起伏为Δf(t)=[dj(t)/dt]/2π。常用的相对频率起伏：---y(t)=[dj(t)/dt]/2πf0（4）---由于相位噪声j(t)的存在，使频率源的频率不稳定。这种不稳定度常用时域阿仑方差σ2y(2,τ,τ)及频域相对单边带功率谱（简称功率谱）Lp(f)或相噪功率谱Sj(f)来表征。它们的定义为：---σ2y(z)=σ2(2,τ,τ)=(1/v20)(1/2)(y1-y2)2（5）---式中y1，y2为测量采样时间τ的相邻二次测量测得的频率平均值。---Lp(f)=[PS*(f)/P0](dBc/Hz)（6）---其中PS*(f)为一个相位噪声调制边带在频率为f处的功率谱密度，P0为载波功率。---由（3）及（4）式得相位起伏的自相关函数Rj(τ)=[j(τ)，j(t+τ)]和相型亮对频率起伏的自相关函数Ry(τ)=[y(τ), y(t+τ)]，由维纳-钦辛定碧辩理可知自相关函数和功率谱密度间存在如下关系表示傅里叶变换对。通常j(t)<<1，近似有---Lp(f)=(1/2)Sj(f)（7）

相位噪声的影响

电子技术的发展，使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及线性度等主要技术指标都得到较好的解决。随着技术不断提高，对电路系统又提出了更高的要求，这就要求电路系统必须低相位噪声，在现代技术中，相位噪声已成为限制电路系统的主要因素。低相噪对提高电路系统性能起到重要作用。

在现代接收机中，各种高性能，例如大动态、高选择性、宽频带捷变等都受相位噪声限制。尤其在电磁环境越来越恶劣的情况下，滑腊姿接收机经过混频从强干扰信号中提取弱小有用信号是非常重要的。如果在弱小信号邻近处存在强干扰信号，这两种信号经过接收机混频器，就会产生所谓倒易混频现象。

看出本振相噪差时，混频后中频信号被混频后的干扰信号所淹没，如果本振相噪好则信号就能显露出来，只需有一个好的窄带滤波器既可有效的滤出信号。如果本振相噪差，即使中频滤波器能够滤除强干扰中频信号，强干扰中频信号的噪声边带仍然淹没了有用信号，使接收机无法接收到弱小信号，尤其对大动态、高选择性的接收机，这种现象很明显。因此要求接收机具有良好的选择性和大动态，则接收机本振信号的相噪必须好。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，所以对相噪的要求也愈来愈高。如果本振信号的相噪较信绝差，会增加通信中的误码率，影响载频跟踪精度。

相噪不好不仅增加误码率和影响载频跟踪精度，还影响通信接收机信道内、外性能测量，相噪对邻近频道选择性的影响。要求接收机选择性越高，则相噪就必须更好，要求接收机灵敏度越高，相噪也必须更好。当目标超低空飞行时，雷达面临着很强的地面杂波，要想从强地杂波中提取信号目标，雷达必须有很高的改善因子。因为这些杂波进入接收机，经混频后，很难把有用信号与强地物反射波分离开，尤其对低速局指度运动目标，并接近地面时，发现目标就变得非常困难，这时只有提高雷达改善因子。

为了提高低空检测能力，提高对低空突防目标的发现能力，频率源的低相噪非常重要，雷达能从强杂波环境中区分出运动目标，则要求雷达必须全相参产生出极低相噪的发射信号和接收机本振信号及各种相参基准信号，如果改善因子要求大于50dB，频率源的时域ms频率稳定度应优于10-10量级，相噪在S波段偏1KHz应优于-105dBc/Hz，100KHz优于-125dBc/Hz。

另外雷达往往工作在脉冲状态，尤其低重复周期雷达，调制后的雷达载频频谱为辛格谱，每一根辛格谱远端相噪将迭加给其他辛格谱，使两根相邻辛格谱之间的相噪大大恶化。在频率源“远端”相噪不够低的情况下，这种恶化是很明显的。从这一点看，雷达频率源不能只要求偏离1KHz相噪，同时对偏离10KHz、100KHz及1MHz都应该有一适当要求，一般应按幂律谱下降，这样才能保证脉冲调制后的发射频谱合格，取得好的改善因子。

什么是相位噪声

相位噪声一般是指在系统内各种滚嫌噪声作用下引起的输出信号相位的随机起伏。通常相位噪声又分为频率短期稳定睁孝度和频率长期稳定度。所谓频率短期稳定度,是指由随机噪声引起的相位起伏或频率起伏。至于因为温度、老化等引起的频率慢漂移,则称之为频率长期稳定度。通常我们主要考虑的是频率短期稳定度问题，可以认为相位噪声就是频率短期稳定度。

---一个理想的正弦波信号可用下式表示：

---V(t)=A0sin2πf0t（1）

---式中，V(t)为信号瞬时幅度，A0为标称值幅度，f0为标称值频率。此时信号的频谱为一线谱。但是由于任何一个信号源都存在着各种不同的噪声，每种噪声分量各不相同，使得实际的输出成为：

---V(t)=[A0+ε(t)]sin[2πf0t+j(t)]（2）

---在研究相位噪声的测量时，由于考虑振荡器的幅度噪声调制功率远小于相位噪声调制功率，所以|ε(t)|<<A0，通常可以将ε(t)忽略不计，而主要是对j(t)项进行测量，故可以得到：

---V(t)=A0sin[2πf0t+j(t)]（3）

---对j(t)的测量，可以用各种类型的谱密度来表示。显然此时的相位起伏为Δj(t)=j(t)，频率起伏为Δf(t)=[dj(t)/dt]/2π。常用的相对频率起伏：

---y(t)=[dj(t)/dt]/2πf0（4）

---由于相位噪声j(t)的存在，使频率源的频率不稳定。这种不稳定度常用时域阿仑方差σ2y(2,τ,τ)及频域相对单边带功率谱（简称功率谱）Lp(f)或相噪功率谱Sj(f)来表征。它们的定义为：

---σ2y(z)=σ2(2,τ,τ)=(1/v20)(1/2)(y1-y2)2（5）

---式中y1，y2为测量采样时间τ的相邻二次测量测得的频率平均值。

---Lp(f)=[PS*(f)/P0](dBc/Hz)（6）

---其中PS*(f)为一个相位噪声调制边带在频率为f处的功率谱密度，P0为载波功率。

---由（3）悉备稿及（4）式得相位起伏的自相关函数Rj(τ)=[j(τ)，j(t+τ)]和相对频率起伏的自相关函数Ry(τ)=[y(τ), y(t+τ)]，由维纳-钦辛定理可知自相关函数和功率谱密度间存在如下关系

表示傅里叶变换对。通常j(t)<<1，近似有

---Lp(f)=(1/2)Sj(f)（7）

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