射频振荡器6
相位噪声和抖动
相位噪声是频域的描述,而抖动是时域的描述,同一现象的不同的描述。
相位噪声是skirt,而抖动是过零点的相位。
作为本振的时候,考虑的是相位噪声。
作为时钟的时候,考虑的是抖动。
相位噪声
如果是理想的osc的输出它是一个干净的频谱,sinwt,但是由于相位噪声的存在它不再是一个单位冲激函数,而不是有边带的,skirt,如何来衡量这个skirt的大小,就是用相位噪声。偏离载波wo处的一定频率处,Δw处的单位带宽内的噪声功率与载波功率之比,因为噪声是用功率谱密度描述的,所以单位带宽。
哪是如何通过相位噪声转换成频域呢?
如果相位噪声是一个正弦函数,θ(t )= θmsin(wmt), 其中幅度小于1,
这样可以带入到正弦信号,其中,θm<<1,osc的输出信号为:相当于一个窄带的相位调制信号。翻看通信原理,可以推导出,信号的输出。
Vout = Asinwot + Aθm/2[sin(wo+wm)t + sin(wo-wm)t]
可以看成是一个调频信号or调相信号。在wo处有一个强的信号,在wo+-wm处处在两个小旁瓣。输出信号功率谱密度和相位噪声功率谱密度关系。
Sθ(w) = θm^2 δ(w-wm)
Svout(w) = A^2[δ(w-wo)+1/2Sθ(w-wo)+1/2Sθ(wo-w)]
偏离载波功率wm处的单边带相位噪声为
L(wm) = 10log(Svout(wo+wm)/A^2/) = 10log(Sθ(wm)/2)
通过噪声通过相位的扰动转化成载波频率周围的两个噪声旁瓣。
瞬间时频率是相位的微分,瞬时频率偏差的功率谱密度与相位噪声之间的关系。
SΔf(w) = w^2 Sθ(w)
对接收器来说:就是下变频的时候,相邻信道存在很强的干扰。
对发送器来说:不能干扰到邻道。
抖动
时钟抖动信号。
通过平均周期,然后随机的周期和平均周期之间的差值。
有不同的定义,周期性抖动,实际周期和理想周期的差值。均方值RMS来描述。
周期到同期之间的差值。Pasadena定理。频域的噪声描述和时域的噪声描述可以发生转换,其实就是能量守恒定律。
相位噪声的分析模型
振荡器起振,环路增益必须大于1,然后,幅度和小的噪声,被逐渐的放大,然后,驱使有源器件,进入到饱和,截至不同的区域,所以它是一个非线性时变系统。
低频噪声比如。1/f噪声会上变频到载波附近。谐波附近也会叠加到载波附近。
什么是稳态,什么是自相关函数,什么又是周期性稳态过程。
稳态,是指一个系统或者过程达到一种平衡状态。
自相关函数:就是又来衡量时间序列数据中不同时间点的相关性的统计工具,发现数据中的模式和趋势。
它是一个周期性稳态的过程。系统的属性或者特征,周期性的重复出现,并且这种重复性是稳态的。
噪声有哪些
有交叉耦合对的,谐振腔,尾电流,偏置电阻。内部。
外部,衬底耦合噪声,电源噪声。
Leeson模型


偏置电流源是限制相位噪声的主要因素。
Real


Hajimiri模型
推导就是一个线性时变系统的推导,利用单位冲击响应来推导,傅里叶级数,正交函数的积分。


什么意思?在偏置电流小的时候,当幅度逐渐增大,晶体管呈现出开关的特性电流全部流到一边,此时振荡幅度与电流呈正比,但是幅度太高,会把尾电流压入线性区,使得幅度增加不再是一个线性的增加,而不是逐渐变缓,因为线性区电流小。
相位噪声的分析