圖 1 顯示了用於測量待測器件 (DUT) 的相加相位噪聲的裝置。請注意，使用了兩個 DUT
；每個 DUT 均連接到公用電源和輸入時鍾。這些公用噪聲源產生的相位噪聲在每個 DUT 輸出處相關聯。通過簡單地將相位檢測器建模成為一個具有與增益 KPD 的模擬乘法器
，可以得出輸出相位噪聲：

 

 

其中 E1 是經過放大的 DUT1 輸出信號，E2 是經過放大和延遲的 DUT2 輸出信號，EC1 和 EC2 是信號功率，θM1 和 θM2 是相位噪聲的幅值，ωC 是載波頻率
，ωM 是偏置頻率。應用疊加，因此當考慮來自外部源的相位噪聲時，DUT 固有的相位噪聲可以忽略不計。如果 DUT1 和 DUT2 具有相同的超量相位傳遞功能，則由時鍾源和電源產生的 θM1 部分等於由公用時鍾源和電源產生的 θM2 部分。這種現象稱為電源牽引，可以簡單地通過以下方程式描述：

 

 

這樣，相位調製的幅度可由電源上的電壓噪聲與 KP 的乘積 - 電源牽引增益（弧度/V）得出。如果 DUT1 和 DUT2 具有等效的電源牽引增益，則理論上可以取消相位檢測器輸出處的這些噪聲源

，從而隻留下兩個 DUT 的無關噪聲以進行測量。

 

內在的 DUT 噪聲可以通過一些額外的假設進行確定。由於器件噪聲產生的 rms 相位誤差一般極小
，因此我們可以使用小角度近似值將輸出載波的表達式改為：

 

 

相位檢測器的輸出已解調，因此可以稱為“基帶信號”。一旦確定相位檢測器增益和輸入信號功率，即可計算出實際的相位噪聲（假設放大器產生的相位噪聲可以忽略不計）。每個 DUT 固有的噪聲是不相關的，所以它們產生的噪聲是相同的
，並且 rms 總和為測得的輸出相位噪聲。為此，我們從頻譜分析儀測得的相位噪聲（單位：dBc/Hz）中減去 3 dB 以確定每個 DUT 產生的噪聲。這表示相對於信號功率的相位噪聲功率：

 

 

當進行非常敏感的相位噪聲測量時，放大器產生的噪聲可能是顯著的。放大器的殘餘相位噪聲通過以下方法測量：從電路中拆除 DUT1 和 DUT2
，然後對放大器直接應用功率分配器輸出。放大器輸入信號功率必須在幅度和壓擺率方麵與實際的 DUT 輸出信號相似。使用上述步驟，通過從測得的 DUT 相位噪聲中減去測得的放大器相位噪聲，即可得到精確的 DUT 相位噪聲。同樣
，關鍵是要確保放大器的增益和噪聲指數彼此盡可能接近。

 

請注意
，需要時鍾輸入信號的 DUT 將安裝一個具有一定噪聲的前端放大器。因此，由於放大器輸入處的閾值不確定性，具有低壓擺率的時鍾源可能會無意中增加 DUT 產生的相位噪聲。當使用正弦時鍾源時，請使用最大允許的幅值來最大化壓擺率。

 

圖 1. 殘餘相位噪聲測量裝置。

 

測試裝置的基本細節

 

使用圖 1 中所示的測試裝置，兩個具有相同零件號的 DUT 由單個 1 GHz 時鍾源定時。器件被設置為將時鍾頻率除以四以產生 250 MHz 的輸出。此外，兩個輸出信號進行相對的相位移動 90°（正交）以最小化出現在直流處的下轉換信號電平。DUT 信號由低噪聲放大器（LNA）放大

，以增加測量係統的動態範圍（放大器產生的相位噪聲可以小到忽略不計）。放大器輸出被發送到均衡混頻器（相位檢測器）。相位檢測器將兩個信號混合，在其輸出處產生和積及差積。和積由低通濾波器濾除。剩餘的差積構成下轉換為直流（相位噪聲）的 250 MHz 輸出信號。LNA 提供足夠的增益以克服頻譜分析儀的本底噪聲限製。

 

公用時鍾源相位噪聲的消除

 

圖 2 顯示了兩個時鍾源（具有極其不同的相位噪聲特性）的絕對相位噪聲測量。從理論上講

，任一時鍾源均不會影響由殘餘相位噪聲裝置測得的 DUT 相加相位噪聲。圖 3 確(que)認(ren)了(le)這(zhe)一(yi)理(li)論(lun)。它(ta)繪(hui)製(zhi)了(le)兩(liang)個(ge)單(dan)獨(du)的(de)殘(can)餘(yu)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)測(ce)量(liang)，每(mei)個(ge)時(shi)鍾(zhong)源(yuan)有(you)一(yi)個(ge)軌(gui)跡(ji)曲(qu)線(xian)。兩(liang)個(ge)軌(gui)跡(ji)曲(qu)線(xian)幾(ji)乎(hu)重(zhong)疊(die)
，證(zheng)明(ming)了(le)公(gong)用(yong)時(shi)鍾(zhong)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)已(yi)由(you)殘(can)餘(yu)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)裝(zhuang)置(zhi)消(xiao)除(chu)。在(zai)絕(jue)對(dui)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)裝(zhuang)置(zhi)中(zhong)，此(ci)噪(zao)聲(sheng)將(jiang)不(bu)會(hui)消(xiao)除(chu)。事(shi)實(shi)上(shang)，如(ru)果(guo) DUT 是理想的（無相加相位噪聲）
，則其絕對相位噪聲曲線將與圖 2 中的曲線相匹配（但由於四分之一 的頻率轉換，它會低 12 dB）。時鍾源 2 在正常化至 250-MHz 載波後
，展現出 –92 dBc/Hz 的相位噪聲（1 kHz 偏置時），而測得的與時鍾源 2 相關的 DUT 相位噪聲為 –135 dBc/Hz（1 kHz 時）。因此，殘餘相位測量抑製了大約 40 dB 的輸入時鍾相位噪聲。

 

圖 2. 兩個不同時鍾源的絕對相位噪聲測量值。

 

圖 3. 時鍾源幾乎對殘餘相位噪聲測量值無影響。

 

公用電源噪聲的消除

 

圖 3 中使用了與圖 1 相同的公用電源連接。圖 4 顯示了為每個 DUT 使用單獨噪聲電源的影響。不相關的電源噪聲會導致近載波相位噪聲大幅增加。

 

圖 4. 殘餘相位噪聲測量顯示公用和單獨電源的影響。

 

圖 5 顯xian示shi了le使shi用yong低di噪zao聲sheng電dian源yuan時shi的de絕jue對dui相xiang位wei噪zao聲sheng測ce量liang。具ju有you低di噪zao聲sheng電dian源yuan的de絕jue對dui相xiang位wei噪zao聲sheng與yu具ju有you單dan獨du低di噪zao聲sheng電dian源yuan的de殘can餘yu相xiang位wei噪zao聲sheng展zhan現xian出chu了le良liang好hao的de一yi致zhi性xing。已yi在zai殘can餘yu相xiang位wei噪zao聲sheng測ce量liang中zhong消xiao除chu了le電dian源yuan相xiang位wei噪zao聲sheng
，但dan在zai絕jue對dui相xiang位wei噪zao聲sheng測ce量liang中zhong並bing沒mei有you消xiao除chu電dian源yuan相xiang位wei噪zao聲sheng。

 

圖 5. 近載波相位噪聲因低噪聲電源而得到了改善

 

canyuxiangweizaoshengceliangfashiyigefeichangyouyongdejishu，tayongyushibiezuoweixitongshejiyibufendedangeyuanjiansuochanshengdexiangweizaosheng。shiyongzhezhongfangfa

，waibuzaoshengyuan（例如輸入時鍾和電源）在每個 DUT 的輸出處相關聯
，因此可以有效地消除。此外，它還可能說明 DUT canyuzaoshengceliangzhongshiyongdehuanchongqihuofangdaqisuochanshengdexiangweizaosheng，fangfashiduizhexieyuanjianjinxingfujiadecanyuxiangweizaoshengceliang。zuheshiyongcanyuhejueduixiangweizaoshengceliangfashishibiexitongshejizhongzhuyaozaoshengyuandeyigefeichangyouxiaodefangfa。zaifenpinqishanghuodedeceliangshujuzhanshilecanyuxiangweizaoshengceliangfadegainianhexiaoyong，bingqielianghualezaoshengshurushizhonghedianyuandeyingxiang。jiezhuzheyipinggufangfa
，xitongshejishikeyigenjushijideceliangshujudechushurushizhongyuanhedianyuandeguige。

 

 

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