Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Фазовый шум измеряется анализатором источника сигнала (SSA). SSA показывает положительную часть фазового шума. На этой картинке есть фазовый шум основной несущей, 3 других сигнала и «шумовая горка».
Слабый сигнал исчезает в фазовом шуме более сильного сигнала

В обработке сигнала , фазовый шум является частотной областью представления случайных флуктуаций фазы в виде формы волны , соответствующее временной область отклонений от идеальной периодичности ( « дрожания »). Вообще говоря, инженеры по радиочастотам говорят о фазовом шуме генератора , тогда как инженеры цифровых систем работают с джиттером часов.

Определения [ править ]

Исторически существовало два противоречащих друг другу, но широко используемых определения фазового шума. Некоторые авторы определяют фазовый шум , чтобы быть спектральной плотностью фазы сигнала , только, [1] в то время как другое определение относится к фазовому спектру (какие пары вверх с амплитудным спектром, см спектральных плотностей # Понятия , связанным с ) в результате спектральной оценки из сам сигнал. [2] Оба определения дают одинаковый результат на частотах смещения, хорошо удаленных от несущей. Однако при смещении с близкого расстояния эти два определения различаются. [3]

IEEE определяет фазовый шум как ℒ ( F ) = S ф ( ф ) / 2 , где «фаза неустойчивости» S ф ( е ) является односторонней спектральной плотности фазового отклонения сигнал в. [4] Хотя S φ ( f ) является односторонней функцией, она представляет «двухполосную спектральную плотность флуктуации фазы». [5] [ требуется уточнение ] Символ ℒ называется (капитал или верхний регистр) Сценарий л . [6]

Фон [ править ]

Идеальный генератор генерирует чистую синусоидальную волну . В частотной области это будет представлено как одна пара дельта-функций Дирака (положительные и отрицательные сопряжения) на частоте осциллятора; то есть, все сигнала мощности находится на одной частоте. Все реальные генераторы имеют компоненты фазомодулированного шума . Компоненты фазового шума распространяют мощность сигнала на соседние частоты, что приводит к появлению боковых полос шума . Фазовый шум генератора часто включает низкочастотный фликкер-шум и может включать белый шум .

Рассмотрим следующий бесшумный сигнал:

v ( t ) = A cos (2π f 0 t ) .

Фазовый шум добавляется к этому сигналу путем добавления к сигналу стохастического процесса, представленного символом φ, следующим образом:

v ( t ) = A cos (2π f 0 t + φ ( t )) .

Фазовый шум - это тип циклостационарного шума, который тесно связан с джиттером . Особенно важным типом фазового шума является шум, создаваемый генераторами .

Фазовый шум ( ( f ) ) обычно выражается в единицах дБн / Гц и представляет мощность шума относительно несущей, содержащуюся в полосе пропускания 1 Гц с центром на определенных смещениях от несущей. Например, определенный сигнал может иметь фазовый шум -80 дБн / Гц при смещении 10 кГц и -95 дБн / Гц при смещении 100 кГц. Фазовый шум может быть измерен и выражен как значения однополосной или двойной боковой полосы, но, как отмечалось ранее, IEEE принял определение как половину двухполосной PSD.

Преобразования джиттера [ править ]

Фазовый шум иногда также измеряется и выражается как мощность, полученная путем интегрирования ( f ) в определенном диапазоне частот смещения. Например, фазовый шум может составлять -40 дБн, интегрированный в диапазоне от 1 кГц до 100 кГц. Этот интегрированный фазовый шум (выраженный в градусах) можно преобразовать в джиттер (выраженный в секундах) с помощью следующей формулы:

В отсутствие шума 1 / f в области, где фазовый шум имеет  наклон –20 дБн / декаду ( уравнение Лисона ), среднеквадратичное дрожание цикла может быть связано с фазовым шумом следующим образом: [7]

Так же:

Измерение [ править ]

Фазовый шум можно измерить с помощью анализатора спектра, если фазовый шум тестируемого устройства (ИУ) велик по сравнению с гетеродином анализатора спектра . Следует обратить внимание на то, чтобы наблюдаемые значения были обусловлены измеряемым сигналом, а не коэффициентом формы фильтров анализатора спектра. Измерение на основе анализатора спектра может показать мощность фазового шума на многих десятилетиях частоты; например, от 1 Гц до 10 МГц. Наклон с частотой смещения в различных диапазонах частот смещения может дать ключ к пониманию источника шума; например, низкочастотный фликкер-шум, снижающийся на 30 дБ на декаду (= 9 дБ на октаву). [8]

Системы измерения фазового шума являются альтернативой анализаторам спектра. Эти системы могут использовать внутренние и внешние эталоны и позволяют измерять как остаточный (аддитивный), так и абсолютный шум. Кроме того, эти системы могут выполнять измерения с низким уровнем шума, близким к несущей.

Спектральная чистота [ править ]

Синусоидальный выходной сигнал идеального генератора представляет собой единственную линию в частотном спектре. Такая идеальная спектральная чистота недостижима в практическом генераторе. Расширение спектральной линии, вызванное фазовым шумом, должно быть минимизировано в гетеродинном генераторе супергетеродинного приемника, поскольку это противоречит цели ограничения диапазона частот приемника фильтрами в усилителе промежуточной частоты.

См. Также [ править ]

  • Вариация Аллана
  • Мерцающий шум
  • Уравнение Лисона
  • Ошибка максимального временного интервала
  • Спектральная плотность шума
  • Спектральная плотность
  • Спектральная фаза
  • Оптоэлектронный генератор

Ссылки [ править ]

  1. ^ Рутман, J .; Уоллс, Флорида (июнь 1991 г.), «Характеристика стабильности частоты в прецизионных источниках частоты» (PDF) , Протоколы IEEE , 79 (6): 952–960, Bibcode : 1991IEEEP..79..952R , doi : 10.1109 / 5,84972
  2. ^ Демир, А .; Mehrotra, A .; Ройчоудхури, Дж. (Май 2000 г.), «Фазовый шум в генераторах: объединяющая теория и численные методы определения характеристик» (PDF) , IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications , 47 (5): 655–674, CiteSeerX 10.1.1.335.5342 , DOI : 10,1109 / 81,847872 , ISSN 1057-7122   
  3. ^ Navid, R .; Jungemann, C .; Ли, TH; Dutton, RW (2004), "Фазовый шум в электрических генераторах", Proc. SPIE Symp. Колебания и шум , Маспаломас, Испания
  4. ^ Виг, Джон Р .; Ферре-Пикал, Ева. S .; Camparo, JC; Катлер, Л.С.; Малеки, Л .; Райли, WJ; Stein, SR; Thomas, C .; Стены, Флорида; Уайт, Д. Д. (26 марта 1999 г.), Стандартные определения физических величин IEEE для фундаментальной метрологии частоты и времени - случайные нестабильности , IEEE, ISBN 978-0-7381-1754-6, IEEE Std 1139-1999, см. определение 2.7.
  5. ^ IEEE 1999 , стр. 2, где указано , что ℒ ( f ) «составляет половину двухполосной спектральной плотности фазовых флуктуаций».
  6. ^ IEEE 1999 , стр. 2
  7. ^ Обзор фазового шума и джиттера (PDF) , Keysight Technologies, 17 мая 2001 г.
  8. ↑ Cerda, Ramon M. (июль 2006 г.), «Влияние генераторов сверхнизкого фазового шума на производительность системы» (PDF) , RF Design : 28–34

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Рубиола, Энрико (2008), фазовый шум и стабильность частоты в осцилляторах , Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-88677-2
  • Волавер, Дэн Х. (1991), Конструкция схемы с фазовой синхронизацией, Prentice Hall, ISBN 978-0-13-662743-2
  • Лакс, М. (август 1967), "Классический шум. V. Шум в автогенераторах", Physical Review , 160 (2): 290–307, Bibcode : 1967PhRv..160..290L , doi : 10.1103 / PhysRev .160.290
  • Hajimiri, A .; Ли, TH (февраль 1998 г.), «Общая теория фазового шума в электрических генераторах» (PDF) , IEEE Journal of Solid-State Circuits , 33 (2): 179–194, Bibcode : 1998IJSSC..33..179H , DOI : 10,1109 / 4,658619
  • Pulikkoonattu, R. (12 июня 2007 г.), Фазовый шум осциллятора и джиттер частоты дискретизации (PDF) , Tech Note, Бангалор, Индия: ST Microelectronics , получено 29 марта 2012 г.
  • Чорти, А .; Брукс, М. (сентябрь 2006 г.), «Спектральная модель для ВЧ-генераторов со степенным фазовым шумом» (PDF) , IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers , 53 (9): 1989–1999, DOI : 10.1109 /TCSI.2006.881182 , ЛВП : 10044/1/676 , S2CID  8855005
  • Rohde, Ulrich L .; Поддар, Аджай К .; Бёк, Георг (май 2005 г.), Дизайн современных микроволновых генераторов для беспроводных приложений , Нью-Йорк, Нью-Йорк: John Wiley & Sons, ISBN 978-0-471-72342-4
  • Ульрих Л. Роде, Новый и эффективный метод разработки малошумящих микроволновых генераторов, https://depositonce.tu-berlin.de/bitstream/11303/1306/1/Dokument_16.pdf
  • Аджай Поддар, Ульрих Роде, Аниша Апте, «Как низко они могут пойти, модель фазового шума осциллятора, теоретическая, экспериментальная проверка и измерения фазового шума», IEEE Microwave Magazine, Vol. 14, No. 6, pp. 50–72, сентябрь / октябрь 2013 г.
  • Ульрих Роде, Аджай Поддар, Аниша Апте, «Получение результата», IEEE Microwave Magazine, Vol. 14, No. 6, pp. 73–86, сентябрь / октябрь 2013 г.
  • UL Rohde, AK Poddar, Anisha Apte, «Измерение фазового шума и его ограничения», Microwave Journal , стр. 22–46, май 2013 г.
  • А.К. Поддар, УЛ Роде, «Техника минимизации фазового шума кристаллических генераторов», Microwave Journal , стр. 132–150, май 2013 г.
  • А.К. Поддар, У.Л. Роде и Э. Рубиола, «Измерение фазового шума: проблемы и неопределенность», 2014 IEEE IMaRC, Бангалор, декабрь 2014 г.