相位噪聲的含義

相位噪聲是對信號時序變化的另一種測量方式，其結果在頻率域內顯示。用一個振蕩器信號來解釋相位噪聲。如果沒有相位噪聲，那么振蕩器的整個功率都應集中在頻率f=fo處。但相位噪聲的出現將振蕩器的一部分功率擴展到相鄰的頻率中去，產生了邊帶。從下圖中可以看出，在離中心頻率一定合理距離的偏移頻率處，邊帶功率滾降到1/fm，fm是該頻率偏離中心頻率的差值。

相位噪聲通常定義為在某一給定偏移頻率處的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB為單位的該頻率處功率與總功率的比值。一個振蕩器在某一偏移頻率處的相位噪聲定義為在該頻率處1Hz帶寬內的信號功率與信號的總功率比值。

相位噪聲測量方法概述

目前行業內有如下6種常用的測試方法，具體如下：

1、 直接頻譜測量方法

2、 鑒相器測量方法

3、 參考信號源/PLL 測量方法

4、 鑒頻器測量方法

5、 外差 (數字) 鑒相器測量方法

6、 雙通道互相關測量技術

本文主要介紹第一種——直接頻譜測量方法

直接頻譜法測量相位噪聲

這是最簡單最經典的相位測量技術。如圖 2 所示，將被測件 (DUT) 的信號輸入頻譜儀/信號分析儀，將信號分析儀調諧到被測件頻率，直接測量振蕩器的功率譜密度 (f)。由于該方法對頻譜密度的測量是在存在載波的情況下進行，因此頻譜儀/信號分析儀的動態范圍對測量范圍有較大影響。

雖然不太適合測量非常靠近載波的相位噪聲，但該方法可以非常方便地快速測定具有相對高噪聲的信號源質量。測量在滿足以下條件時有效:

● 頻譜儀/信號分析儀在相關偏置時的本身 SSB 相位噪聲必須低于被測件噪聲。

● 由于頻譜儀/信號分析儀測量總體噪聲功率，不會區分調幅噪聲與相位噪聲，被測件的調幅噪聲必須遠低于相位噪聲 (通常 10 dB 即可)。

下述的測試步驟是一種通用的具有頻譜分析功能的分析儀測量相位噪聲的測試步驟。

1. 將被測信號與分析儀連接好后，在分析儀上設置與被測信號頻率相同的中心頻率和適當的分析帶寬（即頻寬）；此步驟可以用分析儀“標記到中心頻率”的標記功能，減小頻寬，然后再使用“標記到中心頻率”，直到載波信號在屏幕中央，頻寬適當（頻寬應等于或者略大于被測頻偏的兩倍）。
2. 在分析儀上設置合適的參考電平，參考電平設置應略大于或者等于被測載波信號的實際輸出電平值。此步驟可以用分析儀“標記到參考電平”的標記功能。此過程中，如果被測載波信號功率較小，應該在保證信號不壓縮的情況下，盡量采用小的衰減器檔位。
3. 設置適當的分辨率帶寬和視頻帶寬：如果分析儀的這兩個參數處于自動關聯設置狀態可以免于操作，如果不是則需要手動設置，這兩個參數不宜設置太大，太大了影響指標測量的準確度，但是太小了會影響測量速度。可以先選擇較大的中頻帶寬，然后逐步減小，直至相位噪聲的測量值不再減小為止。
4. 打開“軌跡平均”功能；打開“標記”、搜索“峰值”，然后打開“差值標記”，設差值標記值為擬測量頻偏值，再從“標記功能”內打開噪聲標記功能。當前標記顯示的值即為載波信號在該頻偏處的相位噪聲值，單位為dBc/Hz。

測量的注意事項

1. 選用高性能信號分析儀或者頻譜分析儀：盡量選用本底噪聲低的分析儀，只有外部信號的相位噪聲指標要比分析儀指標差時（差3dB以上），測量的結果才是正確的。直接頻譜法不適合于更低噪底的高性能晶振或者頻率源的測試。
2. 測量結果為組合噪聲：測量結果是調幅和調頻噪聲的總和，為了精確測量相位噪聲，一般要求被測信號的調幅噪聲要比調頻噪聲小得多（小10dB以上），測量結果基本為相位噪聲。
3. 注意分析儀的動態范圍對測量的影響：動態范圍代表了分析儀的測量范圍，其下限取決于分析儀自身靈敏度和相位噪聲，其上限取決于1dB壓縮點。
4. 減少外界環境對測量結果的影響：信號的頻譜漂移會給相噪量結果帶來很大的誤差，甚至無法測量。被測設備和測量儀器在測量進行前都需要充分預熱使其達到穩定的工作狀態，分析儀的預熱時間通常要求大于10分鐘。儀器連接要牢固，盡量避免振動，測量時最好把儀器放置在能吸收振動的防振墊上，減少或者消除振顫噪聲。為了減少外界環境對測量結果的影響，有條件的地方最好在屏蔽室內測量。
5. 注意對測量結果的修正：大多數采用模擬中頻的老式頻譜分析儀都采用對數中頻放大器和峰值檢波器，需要在原有的測量結果上需加上2.5dB。