如何测量信号源相位噪声

为什么不能只使用频谱分析仪 行业对成像雷达、移动通信、卫星通信、天气监测等应用中的纯频谱信号的需求不断增长。这需要对信号生成设备进行快速、准确和可重复的表征。需要专用的相位噪声和幅度噪声测量系统，其测量本底噪声通常优于 -180 dBc/Hz。所需要的是测量晶体振荡器（VCXO、OCXO）、SAW 振荡器、合成器、锁相环和 VCO（锁定或自由运行高 Q）的相位噪声以及附加相位噪声的仪器。放大器、混频器、分频器和乘法器。

为什么不能只使用频谱分析仪 行业对成像雷达、移动通信、卫星通信、天气监测等应用中的纯频谱信号的需求不断增长。这需要对信号生成设备进行快速、准确和可重复的表征。需要专用的相位噪声和幅度噪声测量系统，其测量本底噪声通常优于 -180 dBc/Hz。所需要的是测量晶体振荡器（VCXO、OCXO）、SAW 振荡器、合成器、锁相环和 VCO（锁定或自由运行高 Q）的相位噪声以及附加相位噪声的仪器。放大器、混频器、分频器和乘法器。

虽然频谱分析仪可用于产生一些特征，但它对于区分幅度和相位噪声没有太大帮助。频谱分析仪不仅无法分离幅度噪声和相位噪声，而且动态范围和本底噪声不足。频谱分析仪内部本振的相位噪声过高，且分辨率带宽不足。因此，需要一个专用系统来解调然后分别分析幅度和相位噪声。

解决方案

总部位于瑞士的 Anapico 生产了 APPH 系列自动信号源分析仪，该分析仪将幅度调制和相位调制测量分开，独立测量极低噪声水平（低于 -180 dBc/Hz），并能够测量有源和无源的附加噪声成分。APPH 分析仪提供高达 30GHz 的测量能力，具有完全集成的互相关系统，可响应相位、幅度和基带噪声测量的常见问题，提供高精度和再现性、快速测量速度、高动态范围以及系统本底噪声低，同时仍然适合实验室和生产环境。

系统架构

APPH 系列的引擎将低噪声模拟接收器通道与先进的数字信号处理技术相结合，提供快速且可重复的噪声测量。基于 FPGA 的专有 FFTcross 分析仪可实时处理 125MSa/s，允许在几秒钟内进行数千次相关和低于 -170dBc/Hz 的测量。LAN或USB控制的APPH系列可以使用PC、笔记本电脑或平板电脑作为控制器，因此无需合并显示器，从而限度地降低产品成本，同时提高可靠性。

校准

将系统封装在紧凑的无风扇机箱中，进一步消除了杂散信号以及接地和电源线环路。另一个非常重要的考虑因素是校准。发货前，每台仪器都根据可追溯的噪声标准进行校准，以保证高精度、一致和可重复的结果。另外，仪器还可以提供校准标准，以便用户随时进行现场性能验证。

测量能力

Anapico 的 APPH 仪器支持的测量包括：使用内部或外部参考的附加或相位噪声测量、幅度噪声测量以及用于评估 RF 信号源的其他自动测量。可轻松对晶体振荡器、PLL 合成器、时钟、锁相 VCO、DRO 等源进行 SSB 相位噪声、幅度噪声、AM 噪声测量、附加或残余噪声表征以及高达 30GHz 的基带噪声测量。

图 2 中所示的相位噪声数据是从低噪声 100 MHz OCXO 基准收集的数据。显示的三个迹线分别是次相关（绿色，12 秒测量时间后）、10 次相关（蓝色，120 秒后）和 100 次相关（红色，20 分钟后）之后的迹线。10 次相关或两分钟后，DUT 的本底噪声就达到 -180 dBc/Hz。对于这种超低噪声测量，使用外部参考源可以更快地获得结果。使用内部参考运行的系统的灵敏度取决于 DUT 的载波频率和频率偏移范围。

图 3 显示了使用内部源进行测量时 APPH 的典型灵敏度，假设测量时间约为 24 秒，偏移范围为 1Hz 至 10MHz。然而，APPH 信号源分析仪还可以测量不同驱动条件下放大器的附加相位噪声，以及预分频器或混频器等频率转换设备的相位噪声。此外，还支持幅度噪声测量。

图 4 显示了从 Anapico 信号发生器之一在 4 GHz 下获得的幅度噪声，显示了带有用户定义标记和杂散列表的迹线。APPH 还提供对 FFT 分析仪的直接访问，从而可以对电源和控制电压进行噪声分析。具有扩展偏移范围的 APPH6040 以及 APPH20G 提供超过 40 MHz 的带宽和瞬态测量功能。

图 3：APPH 与内部参考源的灵敏度（24 秒后）。