ADI:剩余相位噪声测量法从外部噪声源提取 DUT 噪声

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剩下相位噪声丈量法消除了外部噪声源（例如电源或输入时钟）的影响，而肯定相位噪声丈量法包含了这些来历的噪声。剩下相位噪声设备能够阻隔并丈量器材的相加相位噪声。运用此信息，规划师可在信号链中挑选各个器材，以满意整个体系的相位噪声要求。本文包含了守时器材的相位噪声图，以杰出剩下相位噪声设备的特点。此外，它还阐明了怎么运用相加相位噪声来辨认信号链中的噪声问题来历。

图 1 显现了用于丈量待测器材 (DUT) 的相加相位噪声的设备。请注意，运用了两个 DUT；每个 DUT 均衔接到共用电源和输入时钟。这些共用噪声源发生的相位噪声在每个 DUT 输出处相关联。经过简略地将相位检测器建模成为一个具有与增益 K_PD 的模拟乘法器，能够得出输出相位噪声：

其间 E1 是经过扩大的 DUT1 输出信号，E₂ 是经过扩大和推迟的 DUT2 输出信号，E_C1 和 E_C2 是信号功率，θ_M1 和 θ_M2 是相位噪声的幅值，ω_C 是载波频率，ω_M 是偏置频率。运用叠加，因而当考虑来自外部源的相位噪声时，DUT 固有的相位噪声能够忽略不计。假如 DUT1 和 DUT2 具有相同的过量相位传递功用，则由时钟源和电源发生的 θ_M1 部分等于由共用时钟源和电源发生的 θ_M2 部分。这种现象称为电源牵引，能够简略地经过以下方程式描绘：

这样，相位调制的起伏可由电源上的电压噪声与 KP 的乘积 – 电源牵引增益（弧度/V）得出。假如 DUT1 和 DUT2 具有等效的电源牵引增益，则理论上能够撤销相位检测器输出处的这些噪声源，然后只留下两个 DUT 的无关噪声以进行丈量。

内涵的 DUT 噪声能够经过一些额定的假定进行确认。因为器材噪声发生的 rms 相位差错一般极小，因而咱们能够运用小视点近似值将输出载波的表达式改为：

相位检测器的输出已解调，因而能够称为“基带信号”。一旦确认相位检测器增益和输入信号功率，即可计算出实践的相位噪声（假定扩大器发生的相位噪声能够忽略不计）。每个 DUT 固有的噪声是不相关的，所以它们发生的噪声是相同的，而且 rms 总和为测得的输出相位噪声。为此，咱们从频谱分析仪测得的相位噪声（单位：dBc/Hz）中减去 3 dB 以确认每个 DUT 发生的噪声。这表明相对于信号功率的相位噪声功率：

当进行十分灵敏的相位噪声丈量时，扩大器发生的噪声或许是明显的。扩大器的剩下相位噪声经过以下办法丈量：从电路中撤除 DUT1 和 DUT2，然后对扩大器直接运用功率分配器输出。扩大器输入信号功率必须在起伏和压摆率方面与实践的 DUT 输出信号类似。运用上述过程，经过从测得的 DUT 相位噪声中减去测得的扩大器相位噪声，即可得到准确的 DUT 相位噪声。相同，关键是要保证扩大器的增益和噪声指数互相尽或许挨近。

请注意，需求时钟输入信号的 DUT 将设备一个具有必定噪声的前端扩大器。因而，因为扩大器输入处的阈值不确认性，具有低压摆率的时钟源或许会无意中添加 DUT 发生的相位噪声。当运用正弦时钟源时，请运用最大答应的幅值来最大化压摆率。

测验设备的根本细节

运用图 1 中所示的测验设备，两个具有相同零件号的 DUT 由单个 1 GHz 时钟源守时。器材被设置为将时钟频率除以四以发生 250 MHz 的输出。此外，两个输出信号进行相对的相位移动 90°（正交）以最小化出现在直流处的下转化信号电平。DUT 信号由低噪声扩大器（LNA）扩大，以添加丈量体系的动态规模（扩大器发生的相位噪声能够小到忽略不计）。扩大器输出被发送到均衡混频器（相位检测器）。相位检测器将两个信号混合，在其输出处发生和积及差积。和积由低通滤波器滤除。剩下的差积构成下转化为直流（相位噪声）的 250 MHz 输出信号。LNA 供给满足的增益以战胜频谱分析仪的本底噪声约束。

共用时钟源相位噪声的消除

图 2 显现了两个时钟源（具有极端不同的相位噪声特性）的肯定相位噪声丈量。从理论上讲，任一时钟源均不会影响由剩下相位噪声设备测得的 DUT 相加相位噪声。图 3 确认了这一理论。它制作了两个独自的剩下相位噪声丈量，每个时钟源有一个轨道曲线。两个轨道曲线简直堆叠，证明了共用时钟源噪声已由剩下相位噪声设备消除。在肯定相位噪声设备中，此噪声将不会消除。事实上，假如 DUT 是抱负的（无相加相位噪声），则其肯定相位噪声曲线将与图 2 中的曲线相匹配（但因为四分之一 的频率转化，它会低 12 dB）。时钟源 2 在正常化至 250-MHz 载波后，展现出 –92 dBc/Hz 的相位噪声（1 kHz 偏置时），而测得的与时钟源 2 相关的 DUT 相位噪声为 –135 dBc/Hz（1 kHz 时）。因而，剩下相位丈量按捺了大约 40 dB 的输入时钟相位噪声。

共用电源噪声的消除

图 3 中运用了与图 1 相同的共用电源衔接。图 4 显现了为每个 DUT 运用独自噪声电源的影响。不相关的电源噪声会导致近载波相位噪声大幅添加。

图 5 显现了运用低噪声电源时的肯定相位噪声丈量。具有低噪声电源的肯定相位噪声与具有独自低噪声电源的剩下相位噪声展现出了杰出的一致性。已在剩下相位噪声丈量中消除了电源相位噪声，但在肯定相位噪声丈量中并没有消除电源相位噪声。

歼余相位噪声丈量法是一个十分有用的技能，它用于辨认作为体系规划一部分的单个元件所发生的相位噪声。运用这种办法，外部噪声源（例如输入时钟和电源）在每个 DUT 的输出处相关联，因而能够有用地消除。此外，它还或许阐明 DUT 剩下噪声丈量中运用的缓冲器或扩大器所发生的相位噪声，办法是对这些元件进行附加的剩下相位噪声丈量。组合运用剩下和肯定相位噪声丈量法是辨认体系规划中首要噪声源的一个十分有用的办法。在分频器上取得的丈量数据展现了剩下相位噪声丈量法的概念和功效，而且量化了噪声输入时钟和电源的影响。凭借这一评价办法，体系规划师能够依据实践的丈量数据得出输入时钟源和电源的标准。