歡迎來到Silicon Labs（亦稱“芯科科技”）的新系列博客文章“時鐘201”的第一篇內容－非相位噪聲的情況－第一部分。我們之前的系列博文“時鐘101”在大約一年半的時間里發表了12篇文章。正如它的名字所暗示的，我們打算用比“時鐘101”更廣泛和更深入的內容來討論時鐘設計的主題。

　　多即是少

　　您可能還記得，時鐘緩沖區通常是根據附加抖動指定的。這是因為它們沒有像XO(晶體振蕩器)或鎖相環的VCXO這樣的固有相位噪聲源。它們只包括放大器和分頻器。因此，與單獨使用XO相比，我們通常認為XO之后的時鐘緩沖區至少在一定程度上增加了相位噪聲或抖動。

　　在所有條件相同的情況下，這是常見的一種情況，除非放大器有足夠高的增益作為一個限制放大器或LA。如此一來，測量源+ LA相位噪聲實際上可能會降低。幾年前我就遇到過這種現象，當時我在評估各種時鐘+緩沖區組合。結果并不總是有意義的，在那個時候，我測量的一些噪音，實際上并不是相位噪音，因此特別將此經驗做為這個案例的標題并與開發人員分享。

　　為了了解這是如何發生的，讓我們來看看這里所謂的表觀測量相位噪聲是什么意思。

　　相量

　　你可能還記得我在之前的《時鐘101 #7:雜散相位噪聲第二部分的案例》中討論過調制突波。在那篇文章中，我考慮了AM(振幅調制)和窄帶FM(頻率調制)或等效PM(相位調制)相對較少的載波。比較AM和FM/PM的一般性想法也適用于AM和FM/PM噪聲。

　　我當時沒有涉及的一個話題是AM和NB FM的相量或相位矢量表示，如下圖所示。載波矢量以粗紅色箭頭表示，調制LSB(下邊帶)和USB(上邊帶)矢量分量以細藍色箭頭表示。調制的矢量和或合成就是粗大的藍色箭頭。調制頻率為f<下標>M，旋轉箭頭表示調制矢量隨時間隨載波的變化。總體矢量和是載波+調制合成的幾何加法。

　　相量表示的有用之處在于，它表明載波的隨機噪聲調制可以看作是由AM和PM兩部分組成。也就是說，引起載波幅度變化的噪聲分量是調幅分量。同樣地，引起載波角度變化的噪聲成分是FM或等效PM成分。

　　強調這種區別通過使用腳本L (f)或者?(f)引用點噪音或“真正的”相位噪聲和腳本M (f)或者?(f)指的是噪音。我知道的第一篇使用這個符號的論文是：

　　譜密度分析:信號穩定性的頻域規范和測量，Donald Halford, John H. Shoaf, A. S.Risley，美國國家標準局，Boulder, CO，在第27屆頻率控制年度研討會上發表，1973年6月12-14日，https://tf.nist.gov/general/pdf/1558.pdf

　　AM + PM的噪聲大小將是單個調制貢獻的RSS或根平方和。同樣處理這些噪聲成分的儀器將直接“看到”RSS噪聲為相位噪聲。這就是所謂的表觀相位噪聲，它是頻譜分析儀的一個特殊問題，如下所述。

　　簡要介紹頻譜分析儀

　　正如我在時鐘101 #7中提到的，頻譜分析儀不保存相位信息，所以低調制AM激勵與窄帶低調制FM激勵相似。

　　下面是一個典型的掃頻頻譜分析儀的框圖，它說明了原因。它本質上是一個校準頻率選擇性峰值響應電壓表。在混頻器中，DUT(被測設備)和LO(本振)輸入之間的相位差是任意的。頻譜分析儀對它們的相對相位一無所知，AM和PM無法區分。

　　簡要介紹相位噪聲分析儀

　　相比之下，相位噪聲分析儀對調幅的影響要小得多。下面的簡化框圖給出了相位噪聲分析儀和信號源分析儀通常使用的方法背后的基本思想。混合器通常是雙平衡混合器，以抑制均勻級混合產品。

　　請注意，與頻譜分析儀不同，這里有一個鎖相環(PLL)，它強制DUT和參考之間的特定相位關系。進一步，可以表明，AM和PM可以區分如下。

　　·        如果相位偏移量為90度，則混頻器檢測到PM并抑制AM

　　·        如果相位偏移量為0，則混頻器檢測到AM并抑制PM

　　根據設計，相位噪聲分析儀在抗調幅方面將優于頻譜分析儀。

　　探索使用極限

　　那么，限制放大器或LA到底是如何幫助我們的呢？線索就在LA的行為上：它從時鐘信號中移除，或者至少最小化振幅變化。因此，如果一個源同時具有AM和PM噪聲分量，那么理想的限幅器將去除AM分量噪聲，只留下PM噪聲(真正的相位噪聲)。下圖給出了基本的想法：

　　現在回到最初的工作，這促使這篇文章的產生。如果一個時鐘源有明顯的相位噪聲，其中包括AM和PM噪聲，那么在它之后加上一個高增益時鐘緩沖器或LA將去除AM，導致比預期的測量相位噪聲更小。新組件顯然產生了“減法”抖動，而不是產生附加抖動。這就是相位噪聲的情況。

　　在進行相位噪聲測量時，什么時候應該考慮AM?

　　簡而言之，在進行仔細的抖動和相位噪聲測量時，AM總是一個潛在的考慮因素。在實驗臺上有一個限制器和一個平衡桿一樣重要。

　　然而，在某些特定情況下，AM可能比其他情況更成問題。

　　使用頻譜分析儀或任何其他不能充分抑制AM的儀器測量相位噪聲。即使在使用相位噪聲分析儀時，限幅器也很有價值，因為它可以抑制超過混頻器抑制能力的AM。這可能是必要的，當測量非常低相位噪聲源。

　　測量低頻低相位噪聲源。你可以回想一下20log(N)規則，也就是說，如果一個時鐘的載頻除以一個N的因數，那么我們期望相位噪聲減少20log(N);然而，這個規則只適用于相位噪聲。如果存在顯著的AM噪聲，那么當我們降低載波頻率時，這個分量將變得更大，并可能影響測量結果。

　　測量已知或懷疑有AM噪聲的源。高共模噪聲的時鐘源屬于這一類。例如，在測試振蕩器的電源抑制時，我們專門注入電源紋波。這就是為什么您會看到如圖5所示的限制放大器。AN491中的PSRR設置:低抖動時鐘的電源拒絕。查看下圖中突出顯示的來自該應用程序注釋的塊。

　　故障排除。最后，在對系統進行故障排除并確定性能問題的根本原因時，區分相位噪聲和激勵、AM噪聲和激勵的能力非常有用。還需要進行其他測試，以確定最終接收器對包括AM噪聲在內的時鐘損傷的敏感度。

　　結論

　　希望大家喜歡本期的時鐘201博文。在下一篇文章中，我將給出一些度量示例并提供一些經驗法則。和往常一樣，如果您對本博客有主題建議或與時間相關的問題，請將它們發送到kevin.smith@silabs.com，并在主題行中注明“時鐘201”。感謝您的閱讀。