在本月的文章中，我將討論時鐘相位噪聲測量中的雜散。大多數了解時鐘的人都會認識到雜散是下面相位噪聲圖中的獨特的尖峰。雜散通常是不受歡迎的，在頻率合成中低水平雜散并不少見。它們就像是啤酒上的泡沫。這個特定的曲線來自一個AWG（任意波形發生器），配置為1 MHz FM的100 MHz正弦輸出。在本文中，我將使用此數據或類似的數據。 在第一篇文章中，我將簡要回顧一下雜散及其特征。接下來，我將在計算總RMS相位抖動時討論如何計量它們。最后，我將總結一下三種在相位噪聲圖上顯示（或不顯示）雜散的方法的相對優點。在接下來的第二部分，我將討論在評估和測試目的上產生雜散的有用性。 什么是雜散 技術術語“spur”來自拉丁語spurius，意思是非法的或虛假的偽造。還有另外一個更普遍的用詞，指的是牛仔的馬刺和圣安東尼奧馬刺隊。巧合的是，這兩個含義在此處暗合。 在這里，雜散信號是載頻或時鐘頻率頻譜缺陷，就像相位噪聲一樣。然而，與相位噪聲不同，它們是離散的頻率分量。此處給出了其幾個特別和有趣的特征： 1.雜散是確定性的。 2. 雜散功率與帶寬無關。 3. 雜散在時域內貢獻有限的峰值抖動。 讓我依次對這些特征進行一些解釋。 雜散是確定性的 雜散通常是不受歡迎的，并且與構成方波或梯形波鐘所需的諧波相區分。他們的具體頻率可以幫助我們確定他們的起源和相對重要性。例如，它們可能是由系統的電源噪聲，串擾，混頻，調制，PLL架構和電源線諧波等引起的。 PLL通常通過PFD（相位頻率檢測器）有效地采樣輸入時鐘，因此必須抑制更新速率雜散。此外，合成分數輸出頻率的PLL通常由于分數分頻而產生雜散。 雜散功率與帶寬無關 對于離散頻率成分通常是這樣，可以直接在頻譜分析儀上觀察。相反，非確定性噪聲功率與帶寬成正比。考慮下面的2個圖，顯示一個帶有 /- 100 kHzFM邊帶的100MHz正弦載波，作為雜散信號。軌跡是5次運行的平均，跨度設置為300 kHz。兩個圖之間的唯一區別是RBW或分辨率帶寬。 左邊的圖RBW = 6.25 kHz。右側的圖RBW = 291Hz。你可以看紅線的注釋，峰值保持基本相同的幅度，而噪聲水平從左到右下降。我們可以看到兩圖之間的噪音大約10 dB delta。我們期望噪聲減小，從而將RBW從6.25kHz降低到291Hz，在這種情況下相當接近10 * log10（6.25kHz / 291Hz）= 10 * log10（16）= 12dB。請注意，離散頻率分量也變窄。 雜散在時域內貢獻有限的峰值抖動 每個雜散可被認為是載波的相位調制邊帶，其幅度決定了峰值相位偏差的貢獻。這個有用的功能可以在測試中被利用，我將在下一篇文章中討論這個話題。相反，隨機相位噪聲的峰值相位偏差是無界的。 計量雜散 相位噪聲圖中的相位噪聲是以赫茲為單位顯示的功率譜密度測量，即以dBc / Hz為單位，然后在抖動帶寬上積分以產生RMS相位抖動量。 因為[dBc / Hz] x [Hz] = [dBc]，所以這些單位是合理的，這是衡量相對于載波的RMS相位抖動功率。 那么必須使用統計方法來估計相同帶寬上的峰值相位抖動。（相位噪聲儀器實際上并不是以1 Hz的增量測量相位噪聲，而是根據偏置頻率范圍使用較大的RBW。） 每個雜散的RMS抖動貢獻可以如下計算。 （例如參見Silicon Labs應用筆記 AN256: Integrated Phase Noise） L（f）在載波頻率f0處被認為是偏移頻率f處的以dBc為單位的雜散功率。 在計算相位噪聲 雜散的RMS抖動時，計算雜散信號的正確方法是在RSS（Root Sum Square）中添加每個雜散的單獨抖動功率貢獻，其中僅包含噪聲引起的RMS相位抖動。 我們可以用一個例子來證明這一點。 下面的左邊的曲線是省略雜散的示例標準100MHz時鐘的相位噪聲曲線。右邊的曲線是相同的相位噪聲曲線，但是具有標識出的雜散和以dBc顯式地顯示。對于該儀器，以dBc為單位的雜散以與相位噪聲不同的顏色顯示。在第一種情況下，在12 kHz到20 MHz之間測得的RMS相位抖動計算為668.837 fs。在第二種情況下，測得的RMS相位抖動記錄為878.156 fs。這增加了大約209 fs或大約31％的增長。 一個有趣的問題是在相位噪聲測試設備中如何識別雜散。 這個特定的儀器根據一個移動平均值來定義一個閾值，即峰值必須比噪聲的標準偏差高出多少。 默認的靈敏度設置是3×標準偏差（西格馬），這已被證明是一個很好的實用值。 為了明白為什么雜散會帶來這么多額外的抖動，請注意，有3個雜散帶顯示，即在12 kHz和20 MHz之間的偏移量。 在下面的表格中，我列出了3個雜散以及它們各自的RMS抖動貢獻，按照所引用的公式計算。 由于FM而產生的1MHz雜散占主導地位。 （雜散偏移頻率位置和振幅直接來自儀器的雜散列表。） 現在，讓我們一起計算所有這些值： 這與儀器報告的878.156 fs非常接近。 您可以通過類似的練習，分別輸入數據，使用我們的在線相位噪聲抖動計算器。 顯示雜散 您可能已經注意到，第一階段噪聲圖的尖峰看起來與以dBc為單位的尖刺圖不同（較短）。 讓我們把這兩個數字并排放在一起。 現在可以看到，左側的曲線具有與相位噪聲相同的顏色。 左側曲線中的雜散以dBc / Hz為單位進行描述。 那就是這個工具通過使它們相對于RBW標準化而縮小了分歧，具體如下： Spur peak [dBc/Hz] = Spur amplitude [dBc] – 10*log10 (RBW) 在大多數儀器中，取決于偏移頻率范圍，RBW將從Hz變化到MHz，偏移頻率通常在10％至1％的量級。 該儀器可能會或可能不會明確提供RBW。 但是，我們總能推斷出來。 你會記得在1兆赫的最大雜散在右邊的圖中被顯示為-72 dBc。 在左側圖中，相同的雜散大體上被描述為一個瘦腰三角形，峰值測量值約為-117.5 dBc / Hz，現在基本上稍微低于和高于1 MHz偏移。 所以我們可以計算1 MHz偏移的RBW如下： 您可能想知道為什么“以dBc / Hz為單位的雜散”視圖是有用的。 如果你關心的只是RMS相位噪聲的影響，那么這個視圖有助于把事情放在適當的角度，而不是非雜散的相位噪聲。 另一方面，類似右側的圖更準確，更有用于故障排除。 注意，在這個特定的例子中，從左到右，計算出的RMS抖動分別從809.574 fs??加到878.156 fs，增加了大約8％。 此外，直接了解雜散信號的dBc值非常有用，而不用擔心在特定偏置頻率下儀器的RBW。 上面的表格總結了我對三種顯示雜散方式的相對優點的評估。 結論 本月我已經討論了相位噪聲測量中的雜散。 我希望你喜歡這個Timing 101的文章。 這只是一個簡短的介紹。我將在下一次的“虛假相位噪聲第二部分”中回到這個話題，討論如何生成和使用雜散進行測試。? (mbbeetchina)