作者：應用工程師孫振礫

相位噪聲測試的意義

相位噪聲（Phase noise）通常是指各類頻率源在各種噪聲的作用下引起的系統輸出信號相位的隨機變化。它是衡量各類頻率源（晶振，原子鐘，鎖相環）頻率穩定質量的重要指標，在信號處理中，相位噪聲是波形相位中隨機波動的頻域表示，對應于與完美周期性（抖動）的時域偏差。一般來說，射頻工程師談論振蕩器的相位噪聲，而數字系統工程師則處理時鐘的抖動。

隨著頻率源技術和性能的不斷提升，相應的噪聲量級也越來越下，因為對相對噪聲譜的測量要求也越來越高。

如何描述相位噪聲的大小呢？如下圖一所示，在偏移中心頻率一定范圍內，單位帶寬內的功率與總信號功率的比，單位為dBc/Hz。

圖一 相位噪聲的定義

相位噪聲測試方法

如果被測器件（DUT）的相位噪聲相對于頻譜分析儀的本地振蕩器較大，則可以使用頻譜分析儀測量相位噪聲。基于頻譜分析儀的測量可以顯示幾十個倍頻程范圍內的相位噪聲功率；例如1Hz到1GHz偏移。

當DUT的相位噪聲很低時，頻譜分析儀就無法滿足測試需要了，這時，相位噪聲測試儀可以作為頻譜分析儀的替代品。相位噪聲測試儀允許測量殘余（相加）噪聲和絕對噪聲。此外，還可以在載波附近進行低噪聲測量。

現代化的相位噪聲測試儀，不僅僅可以進行相位噪聲測量，還可以進行調幅噪聲測試，并將相位噪聲測試結果轉換為一定積分區間內的隨機抖動測試結果。如下圖二所示，在同一個測試界面內，既可以對OCXO的相位噪聲進行測量并顯示（黃色曲線），也可以顯示調幅噪聲測試結果（藍色曲線），并在下方顯示區域鐘顯示隨機抖動測試結果（Jitter）

圖二 基于FSWP相位噪聲測試儀的測試結果顯示

頻譜儀法測試相位噪聲均基于頻譜測試的結果進行相位噪聲的計算，該測試法無法區分調幅噪聲和相位噪聲，靈敏度受儀器固有相位噪聲限制，無載波抑制，測量范圍受分辨率濾波器形狀因子限制， 動態范圍有限等缺點。

在用單路硬件通道進行相位噪聲測試過程中，儀器內部器件都會引入額外噪聲。所以最后測試到的相位噪聲實際是包含這些噪聲因素的。如果被測件的相位噪聲比較高，這些因素對結果的影響比較小。但是如果被測件本身的相位噪聲很低，那我們不得不考慮這些因素。互相關法通過引入第二個支路，并且采取數學運算的方式，可以進一步提高相位噪聲的測試靈敏度。這也是相位噪聲分析儀多采用的測試方法。

圖三 互相關法相位噪聲測試原理

結 語

使用頻譜儀法進行相位噪聲測試時，雖然測試精度受儀器自身指標影響，但測試設置簡單、快捷，頻率偏移范圍大，可測試很多信號源的特性，比如：雜散發射、鄰信道功率泄漏、高次諧波，并且可以直接顯示相位噪聲曲線（當調幅噪聲忽略不計時）。使用相位噪聲測試儀可以避免頻譜儀法的限制，不僅可以測試靈敏度，還可以進行調幅噪聲測試，也是目前業界最主流的相位噪聲測試方法之一。