硬件测试---相位噪声测试

一:相位噪声的概述

    相位噪声是指信号或振荡器在频率上的相位变动或不稳定性。它是相对于理想稳定振荡器的相位偏离或波动的度量。相位噪声的存在意味着信号的相位在时间上会有微小的变化或扰动,这可能对某些应用产生负面影响。

    相位噪声通常以相位噪声密度(Phase Noise Density)或相位噪声功率谱密度(Phase Noise Power Spectral Density)的形式表示。它们描述了相位随频率变化的情况。在频率域中,相位噪声密度显示了信号相位偏离频率的关系。它以单位赫兹(Hz)的频率偏移为横轴,以单位分贝/赫兹(dB/Hz)的相对相位偏离为纵轴绘制。相位噪声密度曲线通常是一个曲线或曲线的集合,它展示了信号在不同频率偏移下的相位稳定性。相位噪声可以对系统性能产生多种影响。在通信系统中,高相位噪声可能导致信号传输中的相位失真,影响信号的解调和解码。在精密测量领域,相位噪声可以引入测量误差,降低系统的精度和准确性。因此,相位噪声的控制和降低对于许多应用至关重要。优秀的信号源或振荡器通常具有低相位噪声水平,这意味着它们产生的信号相对稳定,相位变化较小。这可以通过优化电路设计、噪声抑制技术和恒温控制等手段来实现。

     相位噪声是指信号的相位在时间上的波动或变化。它是信号的频率稳定性的一种度量,反映了信号中频率成分的不确定性或抖动。 相位噪声通常以相对于理想连续波(CW)信号的相位变化表示,并以分贝/赫兹(dB/Hz)或分贝c/赫兹(dBc/Hz)为单位。相位噪声的值越小,信号的相位稳定性越好。 相位噪声的特征包括以下几个方面:

1. 相位噪声密度(Phase Noise Density):相位噪声在单位频率范围内的功率密度。它描述了信号在各个频率偏移上的相位波动水平。通常以dB/Hz表示。

2. 噪声功率谱密度(Noise Power Spectral Density):相位噪声密度的平方根,用于表示在单位频率范围内的相位噪声功率。也常以dBc/Hz表示,表示相对于信号幅度的相位噪声水平。

3. 相位噪声曲线:将相位噪声密度或功率谱密度与频率偏移之间的关系绘制成图表。相位噪声曲线通常是一个随着频率偏移增加而增加的曲线,形状可能是线性、抛物线或者其他形式。

 4. 积分噪声(Integrated Noise):相位噪声在一定频率范围内的累积效应。通过对相位噪声曲线进行积分,可以计算得到在特定频率偏移范围内的积分噪声。积分噪声表示了整个频率范围内的相位稳定性

二:相位噪声的测试

     要测试相位噪声,要不需要通过大量的计算,要不有一台支持测试相位噪声的频谱仪,一般频谱仪支持相位噪声的模式测试,这里使用的是KEYSIGHT N9030B的频谱仪,支持2Hz~3.6GHz的频率范围。

   频谱仪开机之后的界面如下,这里只显示了一个测试窗口,是测试基础的频谱扫描窗口,可以通过屏幕上的“+”好添加多个测试窗口。尤其在测试同一个频率的不同指标,比如如果要测试时钟,可以窗口1测试时钟的精度,窗口2测试时钟的相位噪声。

    测试相位噪声,需要先调节到相位噪声的测试模式,可以通过触摸屏选择或者通过按键。通过按键,点击菜单的MODE/MEAS按键,都是进入到测试项目的选择界面。

这里添加测试窗口的操作通过触摸屏上进行,点击屏幕上的“+”添加窗口配置测试模式,则会在当前窗口的数字上+1(Spectrum Analyzer 2) 。测试选择“Phase Noise—log Plot –Decade Table”。

        点击“OK”配置好之后出现如下测试窗口,窗口名称为测试项+该测试项的第几个窗口(Phase Noise 1)。相位噪声一般是测试中心频率100hz到1Mhz的带宽内。

测试设备的晶振输出端通过同轴线缆接入频谱仪的RF Input接口,设备正常上电,点击相位噪声测试窗口的AUTO TUNE,等待出现如下界面,这个是50M时钟的相位噪声。一般测试需要比较干净的环境,否则测试误差会比较大,建议多次“AUTO TUNE”看下稳定性。

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