标签: 相位噪声分析仪

AnaPico的APPH系列相位噪声分析仪不仅可以用于连续波信号和脉冲模式的相位噪声测量、幅度噪声测量、加性（附加或残余）相位噪声测量以及时间稳定性的艾伦偏差测量等，还为用户提供了一种用于VCO综合参数的创新测量方案，该方案可以测量VCO的参数、相位噪声水平并测量相位噪声对控制电压的依赖性。 振荡器 自其诞生以来就一直在通信、电子、航海航空航天及医学等领域扮演重要的角色，具有广泛的用途。在无线电技术发展的初期，它就在发射机中用来产生高频载波电压，在超外差接收机中用作本机振荡器，成为发射和接收设备的基本部件。随着电子技术的迅速发展，振荡器的用途也越来越广泛，例如在射频微波测量仪器中，它产生各种频段的正弦信号电压；在热加工、热处理、超声波加工和某些医疗设备中，它产生大功率的高频电能对负载加热；某些电气设备用振荡器做成的无触点开关进行控制；电子钟和电子手表中采用频率稳定度很高的振荡电路作为定时部件等。尤其在通信系统电路中， 压控振荡器(VCO) 是其关键部件，特别是在锁相环电路、时钟恢复电路和频率综合器https://www.anapico.net.cn/product-200002.html 电路等更是重中之重，可以毫不夸张地说在电子通信技术领域，VCO几乎与电流源和运放具有同等重要地位。 压控振荡器（VCO）指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路(VCO)，频率是输入信号电压的函数的振荡器VCO，振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器（VCO）。 图1：压控振荡器的控制特性 压控振荡器(VCO)的主要指标： 1.中心频率 是指频率调节范围的中间值，即振荡器频率的最大值和最小值的中间值，中心频率的大小取决于振荡器的结构和元器件参数，而且还随着工艺和温度相应改变;随着科学技术的不断发展和产品性能的调高，现如今CMOS压控振荡器的中心频率能够达到10GHz。 2.调谐范围 是指调节输出频率的变化范围，即振荡器的最大调谐频率和最小调谐频率的差值压控振荡器要有咨询4006218906足够大的调谐范围才能满足输出频率达到所需要的值。 3.调谐增益 即压控振荡器的灵敏度，是指单位的输入电压与输出频率的变化，一般用Kv表示，单位是Hz/V，在实际应用上讲，压控器的灵敏度越高，噪声响应在控制线路上越强，结果干扰输出频率就越大，就会使压控振荡器的噪声性能降低。所以需要寻找VCO的增益和噪声性能的平衡。 4.输出振幅 即VCO输出频谱的峰值。通过优化相位噪声，就要尽可能的加大输出电压时的幅值，从而会使压控增益降低。不断减少，要提高输出的幅值尤其重要伴随着CMOS工艺的不断发展，输入电压不断减少，要提高输出的幅值尤其重要。 5.调谐线性度 就是指压控增益，理想的压控振荡器其是常数，实际工作中压控振荡器的表现是非线性的，要想在整个调谐范围内使。为常数，尽量使其在调谐范围内变化最小。 6.相位噪声 振荡器进入稳定状态时，电路中的噪声干扰电路工作，这就是相位噪声。单位是dBc/Hz。 创新的VCO参数测试方案： 测量VCO的各项参数一直是一项重要的任务和挑战！按照前文所述，VCO参数可以大致分为两组，第一组是指信号质量特性，第二组是频率控制特性。 AnaPico的创新解决方案是能够测量VCO相位噪声水平对控制电压TUNE 值的依赖性，当然，只需按一个按钮然后利用几秒钟来执行此类测量！ 一、 信号连接： 使用AnaPico 的APPH系列相位噪声分析仪测量VCO参数不需要额外的设备，仅需在购买APPH系列相位噪声分析仪时选购Opt VCO测试选件（软件，可在线安装和升级）。 测量 VCO 参数的连接图如图2所示： 图2：利用AnaPico公司APPH系列相噪分析仪测量VCO参数的连接示意图 我们可以通过连接示意图发现在利用AnaPico公司APPH系列相噪分析仪对VCO进行测试并不需要外部电源，因为APPH系列标配了两个高质量的DC电源，可提供0~15V的直流电压输出和0~550mA的电流输出，其噪声电平< 10 nVrms/√Hz！同时APPH系列还标配了Tune电压源，工作范围-5~+22 V，0~20mA，其噪声电平更是低至< 2 nVrms/√Hz！ 二、 VCO测试的用户界面： APPH系列提供了专门的VCO测试操作界面，连接好信号后，APPH系列相噪分析仪会自动检测VCO输出的电平和频率，在测试前用户仅需花几秒钟的时间设置一下与待测VCO相关的输出电压和Tune电压等参数即可一键完成所有参数的测试。 图3：APPH系列相噪分析仪VCO测试用户图形界面 AnaPico的另外一项创新是根据TUNE电压测量相位噪声水平（右下角的模式图-图3）。横轴是 TUNE 电压的绘制值，纵轴是所选偏移处的相位噪声电平，红线为10kHz，蓝线为100kHz，绿线为1MHz。用户可以设置每个频率和电压 TUNE 标记来跟踪控制点的VCO 参数。从图3中可以看出，随着TUNE电压的变化，10kHz偏移处的相位噪声电平偏差可能为3~4dB。 因此，APPH系列相位噪声分析仪的用户不仅可以测量VCO参数、测量合成器输出的相位噪声，还可以通过按一下按钮来评估TUNE电压对相位噪声参数的影响。 三、 结论： AnaPico的APPH系列相位噪声分析仪不仅可以用于连续波信号和脉冲模式的相位噪声测量、幅度噪声测量、加性（附加或残余）相位噪声测量以及时间稳定性的艾伦偏差测量等，还为用户提供了一种用于VCO综合参数的创新测量方案，该方案可以测量VCO的参数、相位噪声水平并测量相位噪声对控制电压的依赖性。 关于AnaPico的VCO测试方案，您只需要在购买APPH系列相位噪声分析仪时加上Opt VCO这个选件选项即可。当然你也可以在未来需要的时候进行再添加该功能选项，此时只需要您的APPH设备连接互联网即可完成该功能的添加和升级！

当今数字芯片的接口时钟、采样时钟等速度越来越快，因此对时钟或晶体振荡器的抖动要求越来越严格。因为比如采样时钟的抖动就可能会给高性能ADC的信噪比性能带来灾难性影响。虽然信噪比与抖动之间的关系已为大家所熟知，但大多数振荡器（时钟来源于振荡器）都是用相位噪声来描述特性的。本文介绍了如何利用AnaPico的APPH系列相位噪声分析仪将相位噪声转换为抖动的测试方案，以便轻松计算信噪比的下降幅度等影响。 抖动（ Jitter ）： 反映的是数字信号偏离其理想位置的时间偏差。高频数字信号的 bit 周期都非常短，一般在几百 ps 甚至几十 ps ，很小的抖动都会造成信号采样位置电平的变化，所以高频数字信号对于抖动都有严格的要求。 实际信号可能具有较高复杂性，比如既有随机抖动成分（ RJ ），也有不同频率的确定性抖动成分（ DJ ）。确定性抖动可能由于码间干扰或一些周期性干扰引起，而随机抖动很大一部分来源于信号上的噪声。一般我们把数字信号超过阈值的状态判决为“ 1 ”，把低于阈值的状态判决为“ 0 ”，由于信号的上升沿不是无限陡的，所以垂直的幅度噪声就会造成信号过阈值点时刻的左右变化，这就是由于噪声造成信号抖动的原因。 要进行信号抖动的分析，最常用的工具是宽带示波器配合上响应的抖动分析软件。示波器里的 https://www.anapico.net.cn/case-item-90.html 抖动分析软件可以方便地对抖动的大小和各种成分进行分解，但是，现在很多 高速芯片对时钟的抖动要求都在 1ps 以下甚至 fs 级。这就需要借助于其它的测量方法，比如 相位噪声（ phase noise ） 的测量方法。 相位噪声 ： 在频域上，数据偏移量用相位噪声来定义。对于频率为 f0 的时钟信号而言，如果信号上不含抖动，则信号的所有功率应集中在频率点 f0 处，由于任何信号都存在抖动，这些抖动有些是随机的，有些是确定的，分布于相当广的频带上，因此抖动的出现将使信号功率被扩展到这些频带上。信号的相位噪声，就是信号在某一特定频率处的功率分量，将这些分量连接成的曲线就是相位噪声曲线。相位噪声通常定义为在某一给定偏移处的 dBc/Hz 值，其中 dBc 是以 dB 为单位的该功率处功率与总功率的比值。如一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处 1Hz 带宽内的信号功率与信号总功率的比值，即在 fm 频率处 1Hz 范围内的面积与整个噪声频率下的所有面积之比。 图 1 ：信号相位噪声曲线图 从相位噪声曲线图 1 可知，绝大多数抖动都集中在频率 f0 附近，距离 f0 越远的频段，抖动能量越小。 以下面的例子为例，说明对时钟输入的要求： RMS JPER(12kHz~20MHz) ： 0.5ps 相位噪声 (10~100kHz) ： -120dBc/Hz 通常用单边带相位噪声来描述振荡器的特性，如图 2 的相位噪声 (dBc/Hz) 与频率偏移 f m 的关系曲线所示，其中频率轴采用对数刻度。注意，实际的曲线由多个区域拟合而成，各区域的斜率为 1/f x ， x=0 对应于“白色”相位噪声区域 ( 斜率 =0dB/10 倍 ) ， x=1 对应于“闪烁”相位噪声区域 ( 斜率 = – 20dB/10 倍 ) 还存在 x=2 、 3 、 4 的区域，这些区域依次出现，愈来愈接近载波频率。 图 2 ：振荡器相位噪声 (dBc/Hz) 与频率偏移的关系 我们已经看到，振荡器通常用相位噪声来描述性能，但为了将相位噪声与 ADC 的性能关联起来，必须将相位噪声转换为抖动。为将该曲线与现代 ADC 应用关联起来，选择 100MHz 的振荡器频率 ( 采样频率 ) 以便于讨论，典型曲线如图 3 所示。请注意，相位噪声曲线由多条线段拟合而成，各线段的端点由数据点定义。 图 3 ：根据相位噪声计算抖动 计算等效 rms 抖动的第一步是获得目标频率范围 ( 即曲线区域 A) 内的积分相位噪声功率。该曲线被分为多个独立区域 (A1 、 A2 、 A3 、 A4) ，各区域由两个数据点定义。一般而言，假设振荡器与 ADC 输入端之间无滤波，则积分频率范围的上限应为采样频率的 2 倍，这近似于 ADC 采样时钟输入的带宽。 积分频率范围下限的选择也需要一定的斟酌。理论上，它应尽可能低，以便获得咨询4006218906真实的 rms 抖动。但实际上，制造商一般不会给出偏移频率小于 10Hz 时的振荡器特性，不过这在计算中已经能够得出足够精度的结果。多数情况下，如果提供了 100Hz 时的特性，则选择 100Hz 作为积分频率下限是合理的。否则，可以使用 1kHz 或 10kHz 数据点。 还应考虑，“近载波”相位噪声会影响系统的频谱分辨率，而宽带噪声则会影响整体系统信噪比。最明智的方法或许是对各区域分别积分，并检查各区域的抖动贡献幅度。如果使用晶体振荡器，则低频贡献与宽带贡献相比，可能可以忽略不计。其它类型的振荡器在低频区域可能具有相当大的抖动贡献，必须确定其对整体系统频率分辨率的重要性。 各区域的积分产生个别功率比，然后将各功率比相加，并转换回 dBc 。一旦知道积分相位噪声功率，便可通过下式计算 rms 相位抖动 ( 单位为弧度） 公式 1 以上结果除以 2 π f O ， 便可将用弧度表示的抖动转换为用秒表示的抖动。 公式 2 图 4 给出了一个计算示例，它假设仅存在宽带相位噪声。所选的– 150dBc/Hz 宽带相位噪声代表了良好信号发生器的特性，由此获得的抖动值可以代表实际情况。– 150dBc/Hz 的相位噪声 ( 用比值表示 ) 乘以积分带宽 (200MHz) ，得到– 67dBc 的积分相位噪声。请注意，该乘法相当于把 10log 10 的量与相位噪声 (dBc/Hz) 相加。实际上，计算中可以丢弃 0.01MHz 的频率下限，因为它不会对最终结果产生重大影响。利用公式 2 可知， 总 rms 抖动约为 1ps 。 图 4 ：假设仅存在宽带相位噪声的抖动计算示例 在实际测试中，抖动值的来源除了相位噪声还要包含信号杂散，因此实际换算时必须把所有因素考虑进去。 AnaPico 的 APPH 系列相位噪声分析仪可以进行绝对相位噪声测试时将这些因素综合考虑或单独考虑。 图 5 ： APPH 系列相位噪声分析仪的本底抖动（仅几个 fs ） 图 6 ： APPH 测试某 AI 芯片时钟的抖动（阴影部分为积分区间，用户可自由拖动） 图 7 ： APPH 系列相噪分析仪可添加或去除杂散对抖动的影响 结论： 相位噪声和抖动是对同一种现象的两种不同的定量方式 ( 描述 ) 。抖动是一个时域概念，单位是 ps 或 fs 。相位噪声是频率域的概念，相位噪声是用偏移频率 fm 处 1Hz 带宽内的矩形的面积 , 与整个功率谱曲线下包含的面积之比表示的，单位为 -dBc/Hz 。随着现代数字系统的时钟频率越来越高，对高速芯片对时钟的抖动要求都在 1ps 以下甚至 fs 级。示波器已经无法满足相关的测试要求，因此必须采用灵敏度更高的相位噪声分析仪。 AnaPico 公司的 APPH 系列相噪分析仪以 -190dBc/Hz 的本底噪声和小于 5fs 本底抖动而具有极高的灵敏度，能够以高于时域抖动的灵敏度测量频域中的相位噪声并及其便利的转换为对应的抖动数值。

APPH50G和APPH64G是APPH系列中最新的高性能相位噪声分析仪和VCO测试仪，其两个不同型号的频率范围分别覆盖了从5MHz到50或64GHz。它的本底噪声低至-190dBc/Hz并提供了一系列相位噪声分析仪必不可少的分析和测量功能，用于评估信号源（晶体振荡器、VCO、发射器、锁相环、频率合成器等，范围从 VHF 到微波频率），以及有源和无源非自振设备，如放大器或分频器等。这些功能包括绝对和加性相位噪声、幅度噪声、脉冲、抖动和艾伦偏差、瞬态分析、VCO 表征和https://www.anapico.net.cn/product-item-8.html频谱监测。 APPH系列标配 FPGA 互相关运算频谱引擎的混合信号系统架构可实现非常快速的信号处理和超低相位噪声咨询4006218906测试灵敏度。 APPH系列同时内置可编程电源和低噪声调谐电压使该装置极其灵活且易于使用。 产品型号： 主机型号 频率输入范围（内部参考） 频率输入范围（外部参考 ） APPH50G 5MHz ~ 50GHz 5MHz ~ 22 GHz APPH64G 5MHz ~ 64GHz 5MHz ~ 22GHz 主要特征： APPH50G和APPH64G是款一体式紧凑型相位噪声测量系统，具有广泛的功能，可在0.01 Hz至100 MHz的偏移范围内实现低至-190 dBc/Hz的测量。 通过提供内部和外部参考选项，可以增加系统的灵活性和动态范围。内部基准可以提供快速的测量设置和快速的测量，而外部基准可以改善系统的本底噪声性能。 可编程的低噪声电源和偏置调谐电压端口可用于为DUT供电，而无需使用外部电源。 非常易于使用，PC上的GUI软件可直接通过LAN、USB或GPIB接口对设备进行操作 信号输入范围：5MHz至50GHz/64GHz 极低的仪器本底噪声（<-190dBc/Hz） 偏移范围：0.01Hz至100MHz 标配互相关测试功能 极快的相位噪声测量时间：10kHz至100MHz频偏时每次互相关次数小于0.004秒 灵活的内外部参考 3个独立可调谐电压源（-5~+22V） 内置2个独立直流电压源（0~15V，每个600mA） 10MHz外参考输入 外触发输入 紧凑、轻便、易携带：10kg 相位噪声灵敏度：标准和低噪声（选件LN）内部参考（1次互相关） 相位噪声灵敏度：标准和低噪声（选件LN）内部参考（100次互相关） 仪器GUI界面 主要测量功能： 相位噪声测量 绝对相位噪声、剩余相位噪声、附加相位噪声 连续波、脉冲（低至50ns脉宽）、突发测试模式 高漂移或慢速调制 内参考或外参考测试 幅度噪声测量 绝对 连续波和脉冲测试模式 高漂移或慢速调制 瞬态测量 频率对时间（跳频） 相位对时间 幅度对时间 短期和长期频率稳定度/艾伦方差测量 1s至10天 压控振荡器（VCO）特性测量 调谐、调谐灵敏度、推压，功率，电流，谐波和相位噪声 基带噪声分析（1Hz~100MHz） 频谱分析仪（5MHz~64GHz） 主要技术指标： 频率范围 1MHz至50GHz或64GHz 偏移范围 0.01Hz至100MHz 输入功率范围 -20dBm至+20dBm 绝对相噪灵敏度 1次互相关后 100MHz@100kHz -178dBc/Hz 1GHz@100kHz -170dBc/Hz 10GHz@100kHz -155dBc/Hz 仪器本底噪声（@ 1 0 0 M H z ） -190dBc/Hz@10kHz 相噪测试速度 <0.004秒/互相关（偏移范围：10kHz至100MHz ） 测量功能 相位 噪声（绝对和附加，CW，脉冲或突发模式）； 幅度噪声（CW和脉冲）； 基带噪声； 频率/功率/相位瞬态； VCO测试； 艾伦偏差（时间稳定性）； 抖动； 频率计数器； 频谱分析 尺寸（W x L x H ），重量 467.5 x 342 x 154 mm , 10 kg

APPH系列是一款高性能相位噪声分析仪和VCO测试仪，其不同型号的频率范围覆盖了从 1 MHz 到 7、26 或 40 GHz。它的本底噪声低至-190dBc/Hz并提供了一系列相位噪声分析仪必不可少的分析和测量功能，用于评估信号源（晶体振荡器、VCO、发射器、锁相环、频率合成器等，范围从 VHF 到微波频率），以及有源和无源非自振设备，如放大器或分频器等。这些功能包括绝对和加性相位噪声、幅度噪声、脉冲、抖动和艾伦偏差、瞬态分析、VCO 表征和频谱监测。 APPH系列标配 FPGA 互相关运算频谱引擎的混合信号系统架构可实现非常快速的信号处理https://www.anapico.net.cn/product-item-6.html和超低相位噪声测试灵敏度。 APPH系列同时内置可编程电源和低噪声调谐电压使该装置极其灵活咨询4006218906且易于使用。 产品型号： 主机型号 频率输入范围（内部参考） 频率输入范围（外部参考 ） APPH6040 1MHz ~ 7GHz 5MHz ~ 7 GHz APPH20G 1MHz ~ 26GHz 5MHz ~ 18GHz APPH40G 1MHz ~ 40GHz 5MHz ~ 18GHz 主要特征： APPH系列是一款一体式紧凑型相位噪声测量系统，具有广泛的功能，可在0.01 Hz至100 MHz的偏移范围内实现低至-190 dBc/Hz的测量。   通过提供内部和外部参考选项，可以增加系统的灵活性和动态范围。内部基准可以提供快速的测量设置和快速的测量，而外部基准可以改善系统的本底噪声性能。 可编程的低噪声电源和偏置调谐电压端口可用于为DUT供电，而无需使用外部电源。 非常易于使用，PC上的GUI软件可直接通过LAN、USB或GPIB接口对设备进行操作 信号输入范围：1MHz至7GHz/26GHz/40GHz 极低的仪器本底噪声（<-190dBc/Hz） 偏移范围：0.01Hz至100MHz 标配互相关测试功能 极快的相位噪声测量时间：10kHz至100MHz频偏时每次互相关次数小于0.004秒 灵活的内外部参考 3个独立可调谐电压源（-5~+22V） 内置2个独立直流电压源（0~15V，每个600mA） 10MHz外参考输入 外触发输入 紧凑、轻便、易携带：10kg 相位噪声灵敏度：标准和低噪声（选件LN）内部参考（1次互相关） 相位噪声灵敏度：标准和低噪声（选件LN）内部参考（100次互相关） 仪器GUI界面 主要测量功能： 相位噪声测量 绝对相位噪声、剩余相位噪声、附加相位噪声 连续波、脉冲（低至50ns脉宽）、突发测试模式 高漂移或慢速调制 内参考或外参考测试 幅度噪声测量 绝对 连续波和脉冲测试模式 高漂移或慢速调制 瞬态测量 频率对时间（跳频） 相位对时间 幅度对时间 短期和长期频率稳定度/艾伦方差测量 1s至10天 压控振荡器（VCO）特性测量 调谐、调谐灵敏度、推压，功率，电流，谐波和相位噪声 基带噪声分析（1Hz~100MHz） 频谱分析仪（5MHz~40GHz） 主要技术指标： 频率范围 1MHz至7GHz、26GHz或40GHz 偏移范围 0.01Hz至100MHz 输入功率范围 -15dBm至+20dBm 绝对相噪灵敏度 1次互相关后 100MHz@100kHz -178dBc/Hz 1GHz@100kHz -170dBc/Hz 10GHz@100kHz -155dBc/Hz 仪器本底噪声（@ 1 0 0 M H z ） -190dBc/Hz@10kHz 相噪测试速度 <0.004秒/互相关（偏移范围：10kHz至100MHz ） 测量功能 相位 噪声（绝对和附加，CW，脉冲或突发模式）； 幅度噪声（CW和脉冲）； 基带噪声； 频率/功率/相位瞬态； VCO测试； 艾伦偏差（时间稳定性）； 抖动； 频率计数器； 频谱分析 尺寸（W x L x H ），重量 467.5 x 342 x 154 mm , 10 kg