Engineer It 系列：如何控制合成器相位噪声

[音乐播放] 大家好，我叫 Dan Banerjee。 我在德州仪器 (TI) 的频率控制产品 部门工作。 今天，我们将讨论相位噪声 以及测量相位噪声所使用的一些技术。 相位噪对于通信系统是很重要的， 因为它影响抖动、误码率 和信噪比。 要测量相位噪声，我们需要了解 系统的回路带宽 对它所具有的值的影响。 所以我将从一些传输功能开始。 噪声基本具有三种不同类别。 一种是来自输入的噪声 -任何输入媒介均可。 输入可以是晶体、外部恢复时钟， 或多种其他可能。 在带宽以上该输入噪声 被低通滤波。 然后在回路带宽以外，噪声减弱。 PLL 噪声 - 由来自电荷泵的噪声构成， 分频器是低通滤波器， 噪声在回路带宽之后减弱。 实际上，VCO 相位噪声最后被高通滤波。 所以回路带宽以下，噪声减弱。 回路带宽以上，该噪声通过。 由此讨论VCO 相位噪声， VCO 相位噪声的典型曲线图。 最后，VCO 相位噪声被高通滤波。 因此，如果要测量该噪声， 需要具备窄回路带宽。 有两种技术来获得窄回路带宽。 一种技术是设计具有窄回路带宽的回路滤波器。 或通常使用的另一种技术 即简单地将电荷泵设为非常低增益 或仅将其完全关断。 任一种方式，都可提供非常窄的回路带宽。 第二种噪声源，输入相位噪声 来自输入。 对此要切记的是，这种噪声 由输入频率缩放到 输出频率。 例如，在本例中，有 20 MHz 输入频率 MHz 输出频率， 噪声的计算方式为 20 log（24）， 或者相位噪声加 14 dB。 所以如果要查看此噪声对系统的影响且 具有宽回路带宽， 此噪声将将直接通过。 出于测量目的，需要宽回路带宽。 PLL 噪声实际有两个关键噪声分量。 这里有品质因数和闪烁噪声。 闪烁噪声可以视为10 KHz 偏移量的 噪声。 变化频率为10 dB/decade。 即 20 log（VCO 频率）。 当然，该噪声受回路滤波器整形影响。 这是相位噪声的一个分量。 白噪声可以表征为 品质因数加 20 log（N），基于 D。 N 是反馈比。 以及对于 D，如果是输出分频器， 可以将其计入 N 计数器中。 然后，加上10 log 相位检测器。 这也是由环路滤波器成形。 如果您开启分散调制器， 它会加入其自己的噪音， 该噪音独立于其他两处来源。 那么，我们见到在这个示例中，此处是闪烁噪声， 变化频率为 10 dB/decade。 然后，它会命中白噪声且这两种噪声将叠加。 接下来，穿过环路带宽， 传输函数将对其塑形。 如果我们查看某些数据表编号 - 例如， 在 LMX2571 中，它具有灵敏值 -231 且具有闪烁噪声 -124。 因此，它将标准化为10 KHz 和 1 GHz 输出。 那么，我想做的其实是 测量部分该 PLL灵敏值以及 1 除以 F 噪音， 并且还快速瞧一瞧VCO 相位噪音。 此处是我的CodeLoader 软件， 它会加载所有 LMX和 LMK 器件。 这里大家能够看到我已将充电泵 设为极高的增益。 我使用了高相检测器频率。 我有 100 MHz 输入，4800 MHz 输出， 除以 960 MHz 输出。 让我们看看此处我们的设置。 要测量 PLL相位噪声， 我们先从 Wenzel100 MHz 晶振着手。 该晶振非常非常纯净。 它是高输出功率 +14 DBM。 我们可以确保该特定仪器 不会破坏我们的 PLL相位噪声测量。 它将远远低于 PLL 相位噪声。 此处的输出位于 +14 DBM， 它将经过该限流器， 限流器将限制信号的振幅， 但是不会使转速降级。 然后，该输入将进来，一路流向 LMX2571， 即在此处。 你们可能注意到板上还有一个振荡器。 但是，这已断开连接和电源， 这是 LMX2571，它是输出 信号，该信号将向外流至该 SMA 连接器。 此 SMA 连接器与 Agilent A5052 相位噪声分析仪相连。 回到板上，在此处，我们还有一个 未用的输出，它处于断电状态。 至于电源，我们使用 3.3 伏电源，该电源经 此 SMA 连接器而来。 首先，让我们看看闪烁噪声。 如果我们看看该相噪声分析仪， 我们见到噪声分别在100 Hertz 处为 -106.2， 在 1 KHz 处为 115.5。 请尝试获取这些数字。 让我们计算这作为标准化闪烁噪声的 含义。 我在此有一张小 Excel 工作表。 我将访问此处。 我将删除此处的这些数字。 让我们键入我们拥有的这些数字。 我目前在该范围中见到的是 100 Hz， -106.1。 在 1 KHz 处，我见到 -115.5。 我将这些噪声分别在100 Hertz 和 1 kHz 处标准化， 第一个噪声标准化为 126.1。 另一个为 125.5。 将两个值平均，得到 125.8。 现在，这以 960 MHz 运行。 我真的希望在1 GHz 处测量相位 噪声。 当我将该数标准化为 1 GHz 时，我得到 125.4。 数据表声称是 -124。 但是我具有极低的噪声 Wenzel 晶体和极佳的设置。 我能够取得 -125.4。 现在，如果我们看看白噪声， 让我们清除我们的所有设置，看看能得到些什么。 让我们看看示波器上 200 KHz 处的白噪声，我见到一个 -131.5 的数。 所以，我将在此拿出我的小 Excel 工作表。 我取 -131.5。 我们的原始数字是 -131.5。 然而，您可注意在此处， 我完成了这一侧的计算以查看闪烁噪音在 在 200 kHz 偏移处的表现，即 138.8。 如果我减去闪烁噪声， 以仅获得原始白噪声， 我实际上得到 -132.4，高出 0.9 dB， 只是个小修正。 现在，如果我将该数字减去 20 log N 与 D 的商， 减去 10 log相位检测器， 我获得 -232的灵敏值。 稍作回顾，这些事我们谈到的函数。 我要做的实际上是对这些算式 进行逆运算，或者从测量值到公制值， 其中这些算式会将公制值转化为测量值。 现在，我们测量了PLL 噪声， 让我们快速瞧一瞧VCO 噪音。 别忘了，VCO 已经过高通滤波。 要测量 VCO，我们希望有窄回路带宽。 为此，如今我将要 禁用电荷泵。 为此，让我们转至CodeLoader 软件。 让我们继续操作，关闭电荷泵。 对于上升和下降，我将要将此 设置为三态。 然后，我们转至测量设备， 重置平均值，看看能得到些什么。 现在，我们有原始的 VCO 相位噪声，1 MHz，-139.2。 我们可以见到VCO 相位噪声， 未受 PLL整形的影响。 今天，我们将讨论相位噪声，测量方法， 以及环路带宽如何影响相位噪声。 请务必访问以下 德州仪器 (TI) 网站，以了解更多信息。