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2021-06-01     文章来源:本站

相位噪声测试仪器比较

     当我们谈论相位噪声(相噪)时,我们指的是信号的频率稳定性。我们可以从几个不同的角度来看待频率的稳定性。大多时候,我们关心的是晶体振荡器在数小时,数天,数月甚至数年的观察时间内的长期稳定性。在讨论相噪时,我们关心的却是信号在几秒或者更短的观察时间内信号的短期稳定性。
     相位噪声通常描述为单边带(SSB)相噪,表示为L(f)。它是在频域中测量的,并定义为相对于载波某偏移频率下1Hz带宽内的功率密度与载波信号总功率之比。
     市场上存在的相噪测试仪器有Agilent E5052A/B, R&S FSUP, R&S FSWP, Holzworth HA7402 A/B, Noise XT DCNTS,Anapico APPH6000和PhaseStation 53100A。首先简要介绍各个测试仪器所采用的技术,接下来采用比较常用的R&S FSWP,Holzworth HA7402 B, Noise XT DCNTS和PhaseStation 53100A对 KVG超低相位噪声100MHz晶振O-40-ULPN-100MHz 系列进行相噪测量,最后将对测试结果进行比较分析。

     一. 相噪测试技术概述

     在讨论相噪测量时,有两个核心问题是值得思考的。

     问题一:如何区别信号的幅度噪声(AM)和相位噪声(FM/PM)。

     问题二:是否可以准确测量比参考信号更好的信号相位噪声,提升测量动态范围。
针对这两个问题,不同相噪测试仪器采用不同的测试技术。R&S FSWP采用了模拟I/Q解调来区分幅度噪声和相位噪声,如图1所示。两个混频器的输入是DUT的RF信号和射频本地振荡器信号(LO),这两个混频器的LO信号是正交相位。混频器的输出信号通过低通滤波器(LPF)产生模拟I/Q信号, ADC对模拟I/Q信号采样,采样数据传输到FPGA进行数据处理,从IQ数据得到相位  和幅度  信息,进一步进行相位噪声频谱和幅度噪声频谱的分析。

  R&S FSWP采用双通道互相关技术(Two channel cross-correlation)来解决第二个问题,使得测量不再受内部参考信号相位噪声的影响。如图2所示。通道1和通道2包含有相关的DUT噪声和不相关的来自LO噪声,这种对称结构对两个通道进行互相关测量,从而消除了LO不相关的内在噪声。PhaseStation 53100A,Holzworth HA7402 B和 Noise XT DCNTS均采用了该技术,下文就不一一赘述了。

Holzworth HA7402 B,Noise XT DCNTS,Anapico APPH6000和Agilent E5052A/B都是采用锁相环PLL技术保证双平衡混频器的LO1和LO2输入信号相位正交,经过双平衡混频器将相位调制和幅度调制分离开来,如图4所示。

     二. 相噪测量
     在这部分我们将介绍各个相噪测试仪器测试示意图以及测试结果。