相位噪声和抖动的概念及其估算方法
时钟频率的不断提高使相位噪声和抖动在系统时序上占据日益重要的位置。本文介绍其概念及其对系统性能的影响，并在电路板级、芯片级和单元模块级分别提供了减小相位噪声和抖动的有效方法。
随着通信系统中的时钟速度迈入GHz级，相位噪声和抖动这两个在模拟设计中十分关键的因素，也开始在数字芯片和电路板的性能中占据日益重要的位置。在高速系统中，时钟或振荡器波形的时序误差会限制一个数字I/O接口的最大速率，不仅如此，它还会增大通信链路的误码率，甚至限制A/D转换器的动态范围。
在此趋势下，高速数字设备的设计师们也开始更多地关注时序因素。本文向数字设计师们介绍了相位噪声和抖动的基本概念，分析了它们对系统性能的影响，并给出了能够将相位抖动和噪声降至最低的常用电路技术。
什么是相位噪声和抖动？
相位噪声和抖动是对同一种现象的两种不同的定量方式。在理想情况下，一个频率固定的完美的脉冲信号(以1 MHz为例)的持续时间应该恰好是1微秒，每500ns有一个跳变沿。
但不幸的是，这种信号并不存在。如图1所示，信号周期的长度总会有一定变化，从而导致下一个沿的到来时间不确定。这种不确定就是相位噪声，或者说抖动。
抖动是一个时域概念
抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述了信号周期距离其理想值偏离了多少。通常，10 MHz以下信号的周期变动并不归入抖动一类，而是归入偏移或者漂移。抖动有两种主要类型：确定性抖动和随机性抖动。确定性抖动是由可识别的干扰信号造成的，这种抖动通常幅度有限，具备特定的（而非随机的）产生原因，而且不能进行统计分析。造成确定性抖动的来源主要有4种：
1. 相邻信号走线之间的串扰：当一根导线的自感增大后，会将其相邻信号线周围的感应磁场转化为感应电流，而感应电流会使电压增大或减小，从而造成抖动。
2. 敏感信号通路上的EMI辐射：电源、AC电源线和RF信号源都属于EMI源。与串扰类似，当附近存在EMI辐射时，时序信号通路上感应到的噪声电流会调制时序信号的电压值。
3. 多层基底中电源层的噪声：这种噪声可能改变逻辑门的阈值电压，或者改变阈值电压的参考地电平，从而改变开关门电路所需的电压值。
4. 多个门电路同时转换为同一种逻辑状态：这种情况可能导致电源层和地层上感应到尖峰电流，从而可能使阈值电压发生变化。
随机抖动是指由较难预测的因素导致的时序变化。例如，能够影响半导体晶体材料迁移率的温度因素，就可能造成载子流的随机变化。另外，半导体加工工艺的变化，例如掺杂密度不均，也可能造成抖动。
随机抖动最基本的一个特性就是随机性，因此我们可以用高斯统计分布来描述其特性。例如，对一个只包含随机抖动因素的时钟振荡器的振荡周期进行100次连续测量，测量结果会呈高斯分布（或称正态分布）。在其均值加减1个标准差的范围内包含了所有周期测量数据的68.26%，在其均值+/- 2倍标准差的范围内包含所有测量数据的95.4 %，+/- 3倍标准差范围内包含99.73%的测量数据，+/- 4倍标准差范围内包含99.99366%的测量数据。
从这种正态分布中，我们可以得到两种常见的抖动定义：
1. 峰峰值抖动，即正态曲线上最小测量值到最大测量值之间的差距。在大多数电路中，该值会随测量样本数的增多而变大，理论上可达无穷大。因此，这种测量意义不大。
2. RMS(均方根)抖动，即正态分布一阶标准偏差的值。该值随样本数的增加变化不大，因而这种测量较有意义。但这种测量只在纯高斯分布中才有效，如果分布中存在任何确定性抖动，那么利用整个抖动直方图上的一阶方差来估计抖动出现的可能性就是错误的。
3. 多个随机抖动源可以用RMS方式相加。但要得到总的抖动，需要利用峰峰值，以便将随机抖动与确定性抖动相加。
相位噪声是频率域的概念
相位噪声是对信号时序变化的另一种测量方式，其结果在频率域内显示。图2用一个振荡器信号来解释相位噪声。
如果没有相位噪声，那么振荡器的整个功率都应集中在频率f=fo处。但相位噪声的出现将振荡器的一部分功率扩展到相邻的频率中去，产生了边带(sideband)。从图2中可以看出，在离中心频率一定合理距离的偏移频率处，边带功率滚降到1/fm，fm是该频率偏离中心频率的差值。
相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。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的总功率比值。
在图2中，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，约等于中心频率处曲线的高度与fm处曲线的高度之差。该曲线显示的是一个带噪声相角的振荡器的功率谱，这些噪声相角自身的波动见图3。
图2所示为振荡器的功率谱，而图3所示为噪声相角的谱，也叫相位波动的谱密度。对于距离中心频率足够远的偏移频率，从图2所示功率谱中测得的以dBc/Hz为单位的相位噪声等于图3中所示的该频率处相位波动谱密度的值。
图3中的密度谱是以对数坐标表示的，其中，相位噪声边带以1/fm2或20 dB/十倍频程的速度下降。实际上，在噪声边带中的某些地方，随着相关噪声过程的不同，相位噪声可能会以1/f3、 1/f2甚至 1/f0的速度下降。
下降速度为1/f2的区域被称作“白色频率”变化区，这个区域中的相位变化是由振荡器周期中白色的或非相关的波动引起的。振荡器在该区域中的行为由振荡器电路中元件的热噪声决定。当偏移频率足够低时，元件的闪烁噪声通常也会起作用，导致该区域的谱密度以1/f3的速度下降。
此外，还有一点值得注意，当图3中偏移频率趋于0时，边带噪声会趋于无穷大。这恰好与自由运行振荡器中理应出现的时序抖动行为相符。
如何将相位噪声转换为抖动
如前所述，抖动和相位噪声所描述的是同一现象的特征，因此，如果能从相位噪声的测量结果中导出抖动的值将是有意义的。以下介绍推导方法：每个振荡器都有其相位噪声图，图4给出一个例子。该图中绘出的是从12 kHz到 10 MHz这个频带范围内，某振荡器的相位噪声情况。图中，L(f)以功率谱密度函数的形式给出了边带噪声的分布，单位为dBc。中心频率的功率并不重要，因为抖动只反映了相位噪声(即调制)与“纯”中心频率处的相对功率值。边带的总噪声功率可以由L(f)函数在整个感兴趣频段内(在本例中，即12 KHz到 10 MHz频段内)积分得到。
计算得到的是相位调制噪声在该频段内的功率，而相位调制正是造成抖动的原因。由此，我们还能用如下的定积分推出RMS抖动的值。
下式可求得该噪声功率造成的RMS抖动：
抖动值还可以用其他单位表示，例如单位时间（UI）或时间。将上式除以以弧度为单位的中心频率就可以将抖动单位转换为时间，见下式：
利用图4所绘的噪声功率值，我们可以计算一个312.5MHz振荡器的RMS抖动。将相位噪声曲线在12 kHz到20 MHz范围内积分，得到-63 dBc：
因此可以得到如下式所示的RMS相位抖动值，单位为弧度：
还可以将该抖动值单位转换为皮秒：
而同样的312.5 MHz振荡器的典性总抖动值在5ps RMS左右。
最终，我们计算得到的0.72 ps RMS的抖动值只在最大抖动中占很小的比例。
怎样将电路板上的相位噪声和抖动降至最低
电路板设计师可以通过两种关键技术降低板上的确定性信号抖动：
1．完全以差分形式收发信号：诸如LVDS或PECL等一些以差分方式收发信号的惯例，都能极大降低确定性抖动的影响，而且这种差分通路还能消减信号通路上的所有干扰和串扰。由于这种信号收发系统对共模噪声本来就有高度抑制能力，因此差分形式本来就有消除抖动的趋向。
2．仔细布线：只要可能，就要避免出现寄生信号，因为这种信号可能会通过串扰或干扰对信号通路产生影响。走线应该越短越好，而且不应与承载高速开关数字信号的走线交叉。如果采用了差分信号收发系统，那么两条差分信号线就应尽可能靠近，这样才能更好地利用其固有的共模噪声抑制特性。
怎样将芯片中的相位噪声和抖动降至最低
在芯片级上，可以使用以下设计技术将抖动降至最低：
1．差分信号收发：即使进入芯片的是单端信号，最好也在芯片中将其转换为差分信号，原因同上节所述。
2．仔细布设信号通路：在对敏感时序信号通路进行布线时必须小心，而且走线越短越好，还应避免与任何数字信号线交叉。只要条件允许，最好将这些信号通路均在屏幕上显示出来。例如，一条在第二层金属平面上的信号通路可以夹在第一层和第三层金属平面之间，而第一层和第三层金属平面均连接到一个干净的地上。
3．恰当选择缓冲器大小：如果用缓冲器在模块间分配信号，那么必须注意驱动强度的选择。驱动不足会造成信号上升/下降沿过缓，给噪声以可乘之机。
4．保持基底和地的干净：基底噪声和地噪声是造成确定性抖动的主要原因。在一个有多路同步数字输出的芯片内，地线反弹噪声(ground bounce)可能会达到几百毫伏，甚至1伏。为了降低地线反弹噪声，芯片上应该有尽可能多的电源对，而且这些电源对应尽可能靠近数字输出。
5．使用一个单独的干净地层：在电路设计中，最好将数字电路的电源与敏感的模拟电路(如振荡器或PLL)的电源分开。数字电路，尤其是高驱动输出数字电路的电源很可能会引入噪声，而且这种电源一旦用于时序电路，那么也会成为增大抖动的一个主要原因。因此，对PLL这样的电路甚至可以利用电源滤波来进一步减小电源噪声的影响。
怎样将单元模块中的相位噪声和抖动降至最低
在设计单元模块时可以采用以下技术来减小抖动：
1．利用尾电流--时序电路中使用的电流与相位噪声之间有一个直接的关系。例如，增大一对差分对的尾电流必定导致抖动性能得到改善。于是我们就必须在降低抖动和缩减功耗之间寻求一个平衡，在适当之处选择性地增大最敏感电路的电流。
2．仔细布局--在对那些可能引起相位噪声的单元进行布局时必须小心，匹配元件(例如连接到一对差分对的输入)应方向相同，而且尽可能对称布局。该方法会使应匹配的元件具有同样的处理斜率(process gradients)，因而有助于改善元件之间的匹配程度。电阻应尽可能宽，以减小Delta W效应。如果可能，应在整个电路中使用同一种类，甚至尺寸和阻值都相同的电阻来帮助跟踪工艺和温度的所有变化。
总而言之，要想尽可能减小抖动，就必须在所有设计层上都小心谨慎。高速数字设计师在设计过程的每一步都应考虑相位噪声和抖动的影响。
系统时钟源：PLL合成器与晶振模块的比较
在新电路板设计或再设计中，时钟源应该使用晶体振荡器(XO)模块还是锁相环路(PLL)合成器？无论系统是机架板上的控制板，如乘法线路卡、带转换器的路由器板、服务器群还是站点网络，都需要时钟。那么PLL 能节约空间并降低成本吗？也许可以。
典型系统计时时钟信号的产生和分配由一系列功能组成，如驱动增益放大器的振荡器源、转换为标准逻辑电平的部分以及时钟分配网络。这些功能可由元件芯片组或独立封装高度集成元件实现。
系统计时时钟源要求可靠、精确的计时参考，通常为一个晶振。让我们比较一下系统计时时钟的两种晶振源：XO模块和PLL合成器。这两种源的一些关键特性包括成本、板面积、频率精确度和边缘抖动(或相位噪声)。
晶体振荡器时钟
一个典型系统时钟振荡器源通常采用石英晶体谐振器。为使振荡器工作，石英晶振必须处于动态信号环路中，由增益放大器补偿晶振损耗并必须能恰当考虑相位偏移。增益放大器也必须驱动信号到标准逻辑输出电平的转换，以便系统时钟分配网络使用，且最终由时钟接收器使用。
XO时钟通常是密封的或“预制”的，为转换器和输出缓冲器采用的带内部晶振和集成电路的模块。晶体振荡器时钟通常在一个频率工作，而且经常只有一个单端逻辑输出引脚，或一个互补差动输出对。振荡工作可能在晶振基本模式或谐振超调模式中进行。对于晶体振荡器时钟，器件引脚数和封装覆盖面积尽量减小。
图1：典型晶体振荡器时钟
晶体振荡器频率精确性(针对特定数据表目标)一般表示以+/-PPM(每百万零件)范围偏差的均值。更精确的晶体振荡器可能更昂贵，如更高频晶体振荡器。
单独的频率精确度特性由有效位数和不确定性偏差范围，单位以PPM表示。有各种精确性和精度的晶体振荡器模块。
晶体振荡器的边缘抖动或相位噪声是精确性和精度的独立参数。晶体振荡器时钟模块总时钟抖动的单位是ps，而相位噪声仅当规定超过边带频率范围时有效。
PLL合成器
更复杂的系统时钟振荡器源是PLL路合成器时钟生成器，提供更大的设计灵活性和可降低成本。通用的PLL合成器时钟器件一般需要外部晶振并提供额外的特性，如一个以上的输出和单晶振频率倍数的输出频率。通过“向上合频”晶体振荡，系统现在可以使用更高的谐振频率信号。有了额外的内部“向下分频”电路，较低频率链可作为输出。而且，可选输出能将各种输出转换到在插槽中激活(启动)或不激活(关闭)。
先进的芯片电路集成让PLL合成器提供宽泛的扇出功能，用于时钟信号副本的分配。如PLL合成器能提供20个互补差动输出对，或运行到40个单端时钟接收器。可选插槽扇出启动功能可结合可选向上合频或向下分频，得到独立封装中广泛输出的灵活性。
与所有PLL输出相同，VCO输出相位延迟误差相比输入(晶振)参考信号(零相位延迟缓冲)，非常接近零。当PLL反馈环路从外部可访问时，输出边缘相位误差是可调整的。这样可以让所选相位边缘位置在给定范围内，包括零延迟。
图2：典型PLL合成器时钟
在实际操作中，PLL合成器的石英晶振也必须处于带有增益放大器的环路中，以补偿晶振损耗并将转换阻抗，这与XO相同。因为PLL频率合成器锁定在晶振信号的相位和频率上，它保留了晶振输入频率的特定频率精确性和精度范围。
当在PLL合成器中进行频率合频时，用PPM表示的精度偏差是一个常数，而绝对范围值做相应乘法。一个10MHz+/-20PPM源可以在PLL中乘以10倍，得到100MHz+/-20PPM信号。PLL中的频率向上合频或向下分频对频率精度影响很微。
与晶体振荡器模块相似，PLL合成器输出边缘抖动或相位噪声是输出精确性和精度的一个独立参数。与晶振输出参考信号和抖动相比，PLL合成器的输出将会产生额外总抖动(RMS)。
在频率范围中低于PLL环路带宽的PLL输入相位噪声(-3dB滚降点)将通过PLL几乎无衰减地传输，而当PLL输入相位噪声较高频率，环路带宽一般以-20dB/decade或更快速度衰减。这样就使PLL合成器能消除输入抖动并减小总抖动和相位噪声。相位噪声可能在各种反馈除法器值范围内明显偏移，而且PLL环路带宽发生变化。PLL低通滤波器可在外部调整环路带宽。
PLL合成器的潜在优点
对于特定的时钟应用频率，采用PLL合成器时钟提供采用较便宜的晶振的可能性，与相同应用的晶体振荡器模块相比，可以工作在一些较低的谐波频率上。一般较高频率的晶振较昂贵，而且供货周期较长。用PLL 合成器代替晶体振荡器模块可以缩短供货周期并简化材料单。
采用几个晶体振荡器模块的设计可以分析其公共更高谐波频率。如果此更高谐波频率代由PLL合成器产生，然后进行分频，那么所需的信号频率可以由PLL合成器中的每个时钟接收器使用，而不需要一个或多个晶体振荡器模块。这样就节约了多个晶体振荡器模块的成本，同时腾出板面积。
下一个可能不需要的是各种相应的扇出缓冲器。根据PLL合成器的特性，之前使用晶体振荡器模块和扇出缓冲的任何设计可以从集成在合成器中的扇出受益。因此，元件数量减少，成本下降，所需板面积也减小。
PLL合成器电路也包括频谱散布电路，以降低电磁干扰(EMI)。一个PLL合成器可以提供几个低频时钟信号的多个谐波副本，而且系统或背板上的EMI减小。之后的子卡接收器可采用第二个PLL合成器，在更高时钟频率产生并分配本地纯净信号。
相位噪声基础及测试原理和方法 相位噪声指标对于当前的射频微波系统、移动通信系统、雷达系统等电子系统影响非常明显，将直接影响系统指标的优劣。该项指标对于系统的研发、设计均具有指导意义。相位噪声指标的测试手段很多，如何能够精准的测量该指标是射频微波领域的一项重要任务。随着当前接收机相位噪声指标越来越高，相应的测试技术和测试手段也有了很大的进步。同时，与相位噪声测试相关的其他测试需求也越来越多，如何准确的进行这些指标的测试也愈发重要。 1、引言 随着电子技术的发展，器件的噪声系数越来越低，放大器的动态范围也越来越大，增益也大有提高，使得电路系统的灵敏度和选择性以及线性度等主要技术指标都得到较好的解决。同时，随着技术的不断提高，对电路系统又提出了更高的要求，这就要求电路系统必须具有较低的相位噪声，在现代技术中，相位噪声已成为限制电路系统的主要因素。低相位噪声对于提高电路系统性能起到重要作用。 相位噪声好坏对通讯系统有很大影响，尤其现代通讯系统中状态很多，频道又很密集，并且不断的变换，所以对相位噪声的要求也愈来愈高。如果本振信号的相位噪声较差，会增加通信中的误码率，影响载频跟踪精度。相位噪声不好，不仅增加误码率、影响载频跟踪精度，还影响通信接收机信道内、外性能测量，相位噪声对邻近频道选择性有影响。如果要求接收机选择性越高，则相位噪声就必须更好，要求接收机灵敏度越高，相位噪声也必须更好。 总之，对于现代通信的各种接收机，相位噪声指标尤为重要，对于该指标的精准测试要求也越来越高，相应的技术手段要求也越来越高。 2、相位噪声基础 2.1、什么是相位噪声 相位噪声是振荡器在短时间内频率稳定度的度量参数。它来源于振荡器输出信号由噪声引起的相位、频率的变化。频率稳定度分为两个方面：长期稳定度和短期稳定度，其中，短期稳定度在时域内用艾伦方差来表示，在频域内用相位噪声来表示。 2.2、相位噪声的定义
相位噪声和抖动jitter的概念及估算方法 时钟频率的不断提高使和在系统时序上占据日益重要的位置。本文介其概念及其对系统性能的影响，并在电路板级、芯片级和单元模块级分别提供了减小相位噪声和抖动的有效方法。 随着通信系统中的时钟速度迈入GHz级，相位噪声和抖动这两个在模拟设计中十分关键的因素，也开始在数字芯片和电路板的性能中占据日益重要的位置。在高速系统中，时钟或振荡器波形的时序误差会限制一个数字I/O接口的最大速率，不仅如此，它还会增大通信链路的误码率，甚至限制A/D转换器的动态范围。 在此趋势下，高速数字设备的设计师们也开始更多地关注时序因素。本文向数字设计师们介绍了相位噪声和抖动的基本概念，分析了它们对系统性能的影响，并给出了能够将相位抖动和噪声降至最低的常用电路技术。 什么是相位噪声和抖动？ 相位噪声和抖动是对同一种现象的两种不同的定量方式。在理想情况下，一个频率固定的完美的脉冲信号(以1 MHz为例)的持续时间应该恰好是1微秒，每500ns有一个跳变沿。 但不幸的是，这种信号并不存在。如图1所示，信号周期的长度总会有一定变化，从而导致下一个沿的到来时间不确定。这种不确定就是相位噪声，或者说抖动。 抖动是一个时域概念 抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述了信号周期距离其理想值偏离了多少。通常，10 MHz以下信号的周期变动并不归入抖动一类，而是归入偏移或者漂移。抖动有两种主要类型：确定性抖动和随机性抖动。确定性抖动是由可识别的干扰信号造成的，这种抖动通常幅度有限，具备特定的（而非随机的）产生原因，而且不能进行统计分析。造成确定性抖动的来源主要有4种： 1. 相邻信号走线之间的串扰：当一根导线的自感增大后，会将其相邻信号线周围的感应磁场转化为感应电流，而感应电流会使电压增大或减小，从而造成抖动。 2. 敏感信号通路上的EMI辐射：电源、AC电源线和RF信号源都属于EMI源。与串扰类似，当附近存在EMI辐射时，时序信号通路上感应到的噪声电流会调制时序信号的电压值。 3. 多层基底中电源层的噪声：这种噪声可能改变逻辑门的阈值电压，或者改变阈值电压的参考地电平，从而改变开关门电路所需的电压值。
相位噪声的产生原因和影响 概述 相位噪声和抖动是对同一种现象的两种不同的定量方式。在理想情况下，一个频率固定的完美的脉冲信号(以1 MHz为例)的持续时间应该恰好是1微秒，每500ns有一个跳变沿。但不幸的是，这种信号并不存在。如图1所示，信号周期的长度总会有一定变化，从而导致下一个沿的到来时间不确定。这种不确定就是相位噪声，或者说抖动。 相位噪声是频率域的概念。相位噪声是对信号时序变化的另一种测量方式，其结果在频率域内显示。用一个振荡器信号来解释相位噪声。如果没有相位噪声，那么振荡器的整个功率都应集中在频率f=fo处。但相位噪声的出现将振荡器的一部分功率扩展到相邻的频率中去，产生了边带(sideband)。从图2中可以看出，在离中心频率一定合理距离的偏移频率处，边带功率滚降到1/fm，fm是该频率偏离中心频率的差值。 相位噪声通常定义为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。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的总功率比值。 定义 定义1：相位噪声是指单位Hz的噪声密度与信号总功率之比,表现为载波相位的随机漂移,是评价频率源(振荡器)频谱纯度的重要指标源自: 有线数字电视传输特性与故障解析《中国有线电视》 2005年赵雨境,王恒江 定义2：相位噪声是指光的正弦振荡不稳定,时而出现某处相位的随机跳变.相位噪声导致光源线宽变宽.光强度噪声是指因自发辐射光强的随机变化和外界温度的变化,导致发射 光强的起伏源自: Fabry-Perot干涉式光纤温度传... 《传感器技术》 2001年曹满 婷来源文章摘要：分析了温度对相位的调制作用以及Fabry -Perot干涉结构检测相位变化的原理 ,提出了一种具有高灵敏度和高分辨率的相位调制型全光纤结构 ,并进行了系统的噪声分析。 定义3：是一随机量通常把信号的相似随机起伏中（t）称为相位噪声.（t）随时间变化的随机过程是一平稳的随机过程并使随机量的概率密度分布符合正态分布源自: 受多项噪声影响的二级方差估值的置信度《四川教育学院学报》 1997年林时昌来源文章摘要：有限次（ｍ次）采样测量的二级方差估值（，ｍ）随机地偏离其真值＜）。这种随机不确定性不仅和ｍ有关，而且和噪声的性质有关。计算出单项噪声所产生的不确定度；分析了多项噪声对总不确定度的影响，并引用置信度的概念表征测量的不确定度。 定义4：(t)〕sin[2兀厂t+小(t)]相位噪声是指频率信号中由频率源内部噪声调制(调相或调频)产生的随机相位起伏.当被测相位噪声比频谱分析仪自身的相位噪声大时,可直接利用频谱分析仪来测量相位噪声,这是一种简单、方便的相位噪声测量方法源自: 频谱分析仪在测量相位噪声过程中的数值修正《国外电子测量技术》 2002年曹芸来源文章摘要：本文介绍了在使用频谱分析仪测量相位噪声时,影响其测量结果的因素并讨论了如何对频谱分析仪输出结果进行修正。 定义5：则()rk的相角为()kknkqj+q+,其中()nkq是噪声()nk对相位的干扰,称为相位噪声.可见,kq中包含了全部的载波相位信息,kj包含了大量甚至全部的码字信息源自: 相位 处理载波恢复算法研究《信息与电子工程》 2003年袁清升,刘文来源文章摘要：针对
LMK04000 系列产品的相位噪声性能测试 30082862 加权函数H(f)是低通闭环传递函数，其中包含了诸如电 荷泵增益、环路滤波器响应、VCO增益和反馈通路（ 数器等参数。该式表示了图1所示的每一级PLL AN-1910 30082801 图1 具有抖动清除能力的双PLL时钟合成器的架构 https://www.doczj.com/doc/a84551985.html, ? 2009 National Semiconductor Corporation 300828
https://www.doczj.com/doc/a84551985.html, 2 A N -1910 2.0 LMK04000系列产品介绍 图2示出了LMK04000精密时钟去抖产品系列的详细的框图。其PLL1的冗余的参考时钟输入（CLKin0，CLKin1），可以支持高达400 MHz 的频率。参考时钟信号可以是单端或者差分式的信号，为了实现操作中稳定性，还可以启用其中的自动开关模式。驱动OSCin 端口的VCXO 的最大容许频率为250 MHz 。OSCin 端口的信号被反馈到PLL2相位比较器上，而且也作为相位和频率基准注入到PLL2中。虽然在图中并未示出，其内部还是可以支持分立形式的、采用外接晶振的VCXO 。PLL2的相位比较器的基准信号输入端还提供了一 个可选用的频率倍增器，这可以使得相位比较的频率得以增加一倍，从而降低了PLL2的带内噪声。PLL2集成了一个内置的VCO ，以及可选的内置环路滤波器部件，这一部分可以提供PLL2环路滤波器的3阶和4阶极点。VCO 的输出带有缓冲，最终由Fout 引脚向外提供信号，该信号也可以经过一个VCO 分频器路由到内部的时钟分发总线上。时钟分发部分则对时钟信号进行缓冲，并将其分配给各个可以独立配置的通道。每个通道具有一个分频器、延迟模块和输出缓冲器。在时钟输出端，各信号格式的组合关系可以根据具体的器件编号来确定。 30082802 图2 LMK04000系列时钟电路的框图 下面的表格示出了LMK04000系列中目前已发布的器件。正如表1所示的那样，其中包含了2个VCO 频带以及 两种可配置的时钟输出格式。本报告中所测量的器件是LMK04031。 表1 LMK04000系列产品的器件编号、输出格式和VCO 频段 NSID 工艺2VPECL/LVPECL 输出 LVDS 输出 LVCMOS 输出 VCO 频率范围LMK04011BISQ BiCMOS 51430～1570 MHz LMK04031BISQ BiCMOS 22 2 1430～1570 MHz LMK04033BISQ BiCMOS 2 2 2 1840～2160 MHz
超低相位噪声基于频梳的微波产生和性能 摘要——我们通过光电检测锁定于1.5um超窄线宽超稳定激光的基于铒掺杂光纤频梳相位的脉冲串来报告12GHz超低相位噪声微波信号的产生。拥有先进的光电检测技术和自制相位噪声计量器具，我们的实验证明了微波源的产生，具有10KHz以上且低于170dBc/Hz，源自一个12 GHz 载体的1Hz且低于100dBc/Hz的全相噪声，这将极大推进目前最好的记录结果。 关键字——光纤频梳，光电微波源，超低相位噪声 前言 诸如无线通讯，雷达，深空航行系统，精密微波光谱学的许多应用都需要超稳定微波信号。这种光纤信号通过光纤频梳产生是特别有趣的，因为它允许把无法超越的超稳定连续波激光的光谱纯度转变成微波领域（同光纤和太赫兹辐射波领域），潜在的引导记录低相位噪声微波源。 光纤到微波的转变由拥有超稳定光纤参考频率的飞秒激光器的重复率同步完成。通过光纤脉冲串的快速光电探测对微波信号进行更深入的提取。然而，光电产生微波信号的光谱纯度同时受到频梳重复率性能以及光电探测过程自身的限制。光电探测进程收到了影响，特别是振幅
相位转变（APC）的影响，它转变了微波信号相位噪声中飞秒激光的强烈噪声，同时，它还受到光电探测器的约翰逊·奈奎斯特定理和冲击的影响。 我们通过增加产生在重复率相关谐波的微波功率来克服后来基本原理的限制，并运用基于光纤的梳状滤波器，该滤波器增加脉冲串的有效重复率，并与高线性高处理功率的光电探测器结合。我们也发展了一套自动测量伺服装置来降低APC的水平，这种状态下就不会对我们生产的微波信号的相位噪声产生重大的影响。 对其自身而言，超低相位噪声微波的特性达到这种水平状态是一项有趣的挑战。我们已经发明了一套基于3光纤频梳的特殊装置（给基础参考频率额外加上一个作为参考），3超稳定激光，一个高质量微波电路以及一个基于现场可编程门阵列自制的外差法振荡器，在源自具有极低的振幅噪声敏感度的12Ghz载体的傅里叶频率大于1KHz的条件下，该振荡器与达到低于-180dBc/Hzd的测量噪声水平互相关。 II 实验装置 我们的实验装置由一些光纤频梳和超稳定连续波激光器。这些超稳定连续波激光器由波长为1.5um的半导体二极管激光器组成，激光器被超高精细度（典型~6 10）的超高真空法布里-珀罗空腔的调制技术伺服。
电子数字频率计测量方法毕业论文 1绪论 1.1研究背景及主要研究意义 频率是电子技术领域永恒的话题，电子技术领域离不开频率，一旦离开频率，电子技术的发展是不可想象的，为了得到性能更好的电子系统，科研人员在不断的研究频率，CPU就是用频率的高低来评价性能的好坏，可见，频率在电子系统中的重要性。 频率计又称为频率计数器，是一种专门对被测信号频率进行测量的电子测量仪器，其最基本的工作原理为：当被测信号在特定的时间段T的周期个数N时，则被测信号的频率f=N／T.电子计数器是一种基础测量仪器，到目前为止已有三十多年的发展历史。早期，设计师们追求的目标主要是扩展测量围，再加上提高测量精度、稳定度等，这些也是人们衡量电子计算机的技术水平，决定电子技术器价格高低的主要依据。目前这些技术日臻完善，成熟。应用现代技术可以轻松地将电子计数器的频率扩展到微波频段。 1.2数字频率计的发展现状 随着科学技术的发展，用户对电子计数器也提出了新的要求。对于低档产品要求使用操作方便，量程（足够）宽，可靠性高，价格低。而对中高档产品，则要求有较高的分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率；除通常通用计数器所具有的功能外，还要有数据处理功能，统计分析功能等等，或者包含电压测量等其他功能。这些要求有的已经实现或者部分实现，但要真正地实现这些目标，对于生产厂家来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了。 由于微电子技术和计算机技术的发展，频率计都在不断地进步着，灵敏度不断提高，频率围不断扩大，功能不断增加。在测试通讯、微波器件或产品时，通常都市较复杂的信号，如含有复杂频率成分、调制的含有未知频率分量的、频率固定的变化的、纯净的或叠加有干扰的等等。为了能正确的测量不同类型的信号，必须了解待测信号特性和各种频率测量仪器的性能。微波技术器一般使用类型频谱分析仪的分频或混频电路，另外还包含多个时间基准、合成器、中频放大器等。虽然所有的微波计数器都是用来完成技术任务的，但各自厂家都有各自的一套复
噪声 又称“加性噪声”。各种加性干扰的统称。通信系统中因外部或内部的原因所出现的独立于被传输信号，不承载信息，但叠加在信号上，干扰通信，降低通信质量的有害成分。产生噪声的外部原因有：机电设备运行时的电磁辐射，宇宙电磁辐射，雷电干扰，雨雪对信号波的吸收等；内部原因有：电路元器件所产生的热噪声，散粒噪声，电源交流声等。按噪声在时间域和频率域的表现可分为离散型的脉冲噪声，连续型的单频噪声与起伏噪声。信号中噪声的严重程度可用信噪比来衡量，系统的噪声性能可用噪声系数即输入端的信噪比与输出端的信噪比之比值来衡量。 白噪声和有色噪声 若随机过程()w t 满足 ()0E w t =???? （1a ） ()()()T w t w t E q t δτ??=-?? （1b ） 则()w t 称为白色噪声过程。 式()()()T w t w t E q t δτ??=-??为w(t)的自相关函数，即 ()()w R t q t τδτ-=- （2） 可看出，w(t)的均值和自相关函数与时间间隔t μτ=-有关，而与时间点t 无关，所以w(t)是平稳过程，式(2)可写为 ()()w R q μδμ= q 称为w （t)的方差强度。 因此w(t)的功率谱为 ()(){}()j w w S F R q e d q ωμωμδμμ+∞ --∞===? （3） 式(3)说明，白噪声w （t)的功率谱在整个频率区间内都为常值q ，这与白色光的光谱分布在整个可见光频率区间内的现象是类似的，所以w(t)被称作白色噪声过程，且功率谱与方差强度相等。 凡是不满足式(1)的噪声都称为有色噪声过程。有色噪声的功率谱随频率而
摘要： 相位噪声指标对于当前的射频微波系统、移动通信系统、雷达系统等电子系统影响非常明显，将直接影响系统指标的优劣。该项指标对于系统的研发、设计均具有指导意义。相位噪声指标的测试手段很多，如何能够精准的测量该指标是射频微波领域的一项重要任务。随着当前接收机相位噪声指标越来越高，相应的测试技术和测试手段也有了很大的进步。同时，与相位噪声测试相关的其他测试需求也越来越多，如何准确的进行这些指标的测试也愈发重要。 1、引言 随着电子技术的发展，器件的噪声系数越来越低，放大器的动态范围也越来越大，增益也大有提高，使得电路系统的灵敏度和选择性以及线性度等主要技术指标都得到较好的解决。同时，随着技术的不断提高，对电路系统又提出了更高的要求，这就要求电路系统必须具有较低的相位噪声，在现代技术中，相位噪声已成为限制电路系统的主要因素。低相位噪声对于提高电路系统性能起到重要作用。 相位噪声好坏对通讯系统有很大影响，尤其现代通讯系统中状态很多，频道又很密集，并且不断的变换，所以对相位噪声的要求也愈来愈高。如果本振信号的相位噪声较差，会增加通信中的误码率，影响载频跟踪精度。相位噪声不好，不仅增加误码率、影响载频跟踪精度，还影响通信接收机信道内、外性能测量，相位噪声对邻近频道选择性有影响。如果要求接收机选择性越高，则相位噪声就必须更好，要求接收机灵敏度越高，相位噪声也必须更好。 总之，对于现代通信的各种接收机，相位噪声指标尤为重要，对于该指标的精准测试要求也越来越高，相应的技术手段要求也越来越高。 2、相位噪声基础 2.1、什么是相位噪声 相位噪声是振荡器在短时间内频率稳定度的度量参数。它来源于振荡器输出信号由噪声引起的相位、频率的变化。频率稳定度分为两个方面：长期稳定度和短期稳定度，其中，短期稳定度在时域内用艾伦方差来表示，在频域内用相位噪声来表示。 2.2、相位噪声的定义 以载波的幅度为参考，在偏移一定的频率下的单边带相对噪声功率。这个数值是指在1Hz的带宽下的相对噪声电平，其单位为dBc/Hz。该定义最早是基于频谱仪法测试相位噪声，不区分调幅噪声和调相噪声。 单边带相位噪声L(f)定义为随机相位波动单边带功率谱密度Sφ(f)的一半，其单位为dBc/Hz。其中Sφ(f)为随机相位波动φ(t)的单边带功率谱密度，其物理量纲是rad2/Hz。
系统相位噪声的指标 举个例子说明800MHz CDMA手机接收(参看IS-98标准) 你可以这样想, 所有的接收机的参数要求, 不管是GAIN, NF, 还是IP3 等等, 都是为了一个目的---实现一定的信噪比SNR从而能够对信号进行解调. 不论是灵敏度, 动态范围还是在有干扰信号条件下, 解调是接收机要达到的目的. 对CDMA手机接收机来说, 解调需要的SNR = -1.5 dB (大约值) IS-98里面有一个单音(Single tone)测试, 是测试CDMA接收机在一个单音强干扰情况下的性能. CDMA接收机灵敏度最低要求-104 dBm(带宽1.25 MHz). 也就是说在最差NF条件下, 热噪声功率 = -104 - SNR = -102.5 dBm/1.25MHz 单音测试条件如下 CDMA信号功率 = -101 dBm/1.25MHz 单音频偏 = 900 KHz 单音功率 = -30 dBm 如图所示, 不管是有中频还是零中频结构, 信号和LO混频后落在有用带宽内, 单音和LO 混频后还是会落在900 KHz处(会被中频或基带滤波器滤除), 单音和LO的相位噪声混频后(称为reciprocal mxing, 有人翻译为倒易混频, 即把单音当作一个本振信号, 把LO的相位噪声当作一个宽带信号进行混频, "倒易"意指单音和LO角色互换)的产物会落在有用带宽内, 这种噪声迭加在热噪声之上, 引起系统SNR下降. 接收机系统相位噪声的指标可以由此得出. 因为单音测试主要由双工器隔离度, LNA IP3和相位噪声决定, 因此计算相位噪声的指标要留裕量给其它指标(这里用 6 dB). 根据上面的计算, 我们可以对相位噪声提一个指标: 在900 KHz频偏处要求-139 dBc/Hz.
1.1图像噪声的概念与分类 图像噪声是图像在摄取或传输时所受的随机信号干扰，是图像中各种妨碍人们对其信息接受的因素。很多时候将图像噪声看成是多维随机过程，因而描述噪声的方法完全可以借用随机过程的描述，即用其概率分布函数和概率密度分布函数。 图像噪声是多种多样的，其性质也千差万别，所以了解噪声的分类是很有必要的。 一．按产生的原因分类 1.外部噪声，即指系统外部干扰以电磁波或经电源串进系统内部而引起的噪声。如电气设备，天体放电现象等引起的噪声。 2.内部噪声，一般有四个源头：a)由光和电的基本性质所引起的噪声。如电流的产生是由电子或空穴粒子的集合，定向运动所形成。因这些粒子运动的随机性而形成的散粒噪声；导体中自由电子的无规则热运动所形成的热噪声；根据光的粒子性，图像是由光量子所传输，而光量子密度随时间和空间变化所形成的光量子噪声等。b)电器的机械运动产生的噪声。如各种接头因抖动引起电流变化所产生的噪声；磁头、磁带等抖动或一起的抖动等。c)器材材料本身引起的噪声。如正片和负片的表面颗粒性和磁带磁盘表面缺陷所产生的噪声。随着材料科学的发展，这些噪声有望不断减少，但在目前来讲，还是不可避免的。d)系统内部设备电路所引起的噪声。如电源引入的交流噪声；偏转系统和箝位电路所引起的噪声等。 这种分类方法有助于理解噪声产生的源头，有助于对噪声位置定位，对于降噪算法只能起到原理上的帮助。 二．按噪声频谱分类 频谱均匀分布的噪声称为白噪声；频谱与频率成反比的称为1/f噪声；而与频率平方成正比的称为三角噪声等等。 三．按噪声与信号的关系分类 1.加性噪声：加性嗓声和图像信号强度是不相关的，如运算放大器，又如图像在传输过程中引进的“信道噪声”电视摄像机扫描图像的噪声的，这类带有噪声的图像g可看成为理想无噪声图像f与噪声n之和；
相位噪声和抖动的概念及其估算方法 时钟频率的不断提高使相位噪声和抖动在系统时序上占据日益重要的位置。本文介其概念及其对系统性能的影响，并在电路板级、芯片级和单元模块级分 别提供了减小相位噪声和抖动的有效方法。 随着通信系统中的时钟速度迈入GHz级，相位噪声和抖动这两个在模拟设 计中十分关键的因素，也开始在数字芯片和电路板的性能中占据日益重要的位置。在高速系统中，时钟或振荡器波形的时序误差会限制一个数字I/O接口的最大速率，不仅如此，它还会增大通信链路的误码率，甚至限制A/D转换器的动态范围。 在此趋势下，高速数字设备的设计师们也开始更多地关注时序因素。本文向数字设计师们介绍了相位噪声和抖动的基本概念，分析了它们对系统性能的影响，并给出了能够将相位抖动和噪声降至 最低的常用电路技术。 什么是相位噪声和抖动？ 相位噪声和抖动是对同一种现象的 两种不同的定量方式。在理想情况 下，一个频率固定的完美的脉冲信 号(以1 MHz为例)的持续时间应该恰好是1微秒，每500ns有一个跳变沿。 但不幸的是，这种信号并不存在。如图1所示，信号周期的长度总会有一定变化，从而导致下一个沿的到来时间不确定。这种不确定就是相位噪声，或者说抖动。 抖动是一个时域概念 抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述了信号周期距离其理想值偏离了多少。通常，10 MHz以下信号的周期变动并不归入抖动一类，而是归入偏移或者漂移。抖动有两种主要类型：确定性抖动和随机性抖动。确定性抖动是由可识别的干扰信号造成的，这种抖动通常幅度有限，具备特定的（而非随机的）产生原因，而且不能进行统计分析。造成确定性抖动的来源主要有4种： 1. 相邻信号走线之间的串扰：当一根导线的自感增大后，会将其相邻信 号线周围的感应磁场转化为感应电流，而感应电流会使电压增大或减小， 从而造成抖动。 2. 敏感信号通路上的EMI辐射：电源、AC电源线和RF信号源都属于EMI源。与串扰类似，当附近存在EMI辐射时，时序信号通路上感应到的噪声电流会调制时序信号的电压值。 3. 多层基底中电源层的噪声：这种噪声可能改变逻辑门的阈值电压，或者改变阈值电压的参考地电平，从而改变开关门电路所需的电压值。
摘要 随着对城市工业污染源的综合整治，城市交通噪声问题日益突出，严重影响着城市居民的正常生活和人身健康。近年来,随着改革开放的不断深入,交通运输事业迅猛发展,各种车辆越来越多.汽车的大量使用,为国民经济的发展和人民生活水平的提高创造了有利条件，但同时产生的噪声对环境的污染也日趋严重,给人们的身体健康造成了一定的危害。本次课程设计通过五章的内容分别向大家阐述噪声的概念、噪声的种类、噪声对人的危害与处理、噪声控制基本途径、噪声的利用等有关内容，来帮助大家了解、熟悉噪声对人体的伤害，并且通过相关数据、事例让大家更清楚的理解“噪声”，如何控制、阻断噪声的产生与传播，来让我们拥有一个更好的生活坏境。 关键词：噪声；危害；防治措施
目录 第一章噪声的概念.................................................... I 1.1噪声 - 定义 (1) 1.1.1噪声 - 概述 (2) 1.1.2噪声 - 城市环境噪声的来源 (2) 1.2噪声 - 噪声的等级与标准 (3) 1.2.1听力保护标准 (3) 1.2.2机动车辆噪声标准 (3) 第二章噪声的种类 (4) 第三章噪声对人的危害与处理 (8) 3.1干扰休息和睡眠、影响工作效率 (8) 3.1.1损伤听觉、视觉器官 (8) 3.2对人体的生理影响 (9) 3.3噪声 - 电路的噪声 (10) 3.4噪声 - 噪声问题的特殊性 (11) 3.5噪声 - 噪声综合防治 (11) 3.6噪声 - 噪声处理方法 (12) 3.7噪声 - 我国环境噪声允许范围 (13) 第四章噪声- 噪声控制基本途径 (15) 4.1道路交通噪声控制的技术和管理手段 (16) 第五章噪声的作用 (17) 5.1噪声的利用 (17) 结束语 参考文献
胡为东系列文章之七 相位噪声的时域测量方法 美国力科公司胡为东摘要：相位噪声主要是衡量因信号的相位变化而带来的噪声，在频域中表现为噪声的频谱，在时域中又表现为信号边沿位置的抖动，因此在实际应用中，相位噪声和信号的抖动其实本质是相同的。本文就将对相位噪声以及TIE抖动（Time Interval Error，时间间隔误差，也叫相位抖动）的概念及相互关系做一简要介绍并详细介绍了使用力科示波器如何测量TIE 抖动并将其转换为相位噪声的。 关键词：力科相位噪声TIE 抖动 一、相位噪声的基本概念 一个时钟信号或者一个时钟信号的一次谐波可以用一个如下的正弦波形来表示： （），其中为时钟频率，为初始相位，如果为常数，那么的傅里叶变换频谱图应该为一条谱线，如图1中的左图所示，但是如果发生变化，则原本规则的周期正弦信号在变化的过程中将会出现拐点，且频谱也将变得不仅仅是一条谱线，而是可能由分布在时钟频率周围的很多条谱线构成的更为复杂的频谱图，如图1中的右图所示，其中频谱波形在fc附近多出的谱线即为相位噪声谱（或者叫做相位抖动谱）。因为初始相位的变化而引起的噪声称为相位噪声，因此对于一个正弦时钟信号或者时钟信号的一次谐波来说，在理论上应该是为零的，此时上述公式中的则完全为相位噪声成分。 fc A fc A 图1 正弦信号的频谱（无相位变化以及有相位变化的可能情形）为了更为精确的描述相位噪声，通常定义其为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频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的总功率比值，即在fm频率处1Hz范围内的面积与整个噪声频下的所有面积之比，如下图2所示。
相位噪声和抖动的概念及其对系统性能的影响 时钟频率的不断提高使相位噪声和抖动在系统时序上占据日益重要的位置。本文介其概念及其对系统性能的影响，并在电路板级、芯片级和 单元模块级分别提供了减小相位噪声和抖动的有效方 法。 随着通信系统中的时钟速度迈入GHz级，相位噪声 和抖动这两个在模拟设计中十分关键的因素，也开始在 数字芯片和电路板的性能中占据日益重要的位置。在高速系统中，时钟或振荡器波形的时序误差会限制一个数字I/O接口的最大速率，不仅如此，它还会增大通信链路的误码率，甚至限制A/D转换器的动态范围。 在此趋势下，高速数字设备的设计师们也开始更多地关注时序因素。本文向数字设计师们介绍了相位噪声和抖动的基本概念，分析了它们对系统性能的影响，并给出了能够将相位抖动和噪声降至最低的常用电路技术。 什么是相位噪声和抖动？ 相位噪声和抖动是对同一种现象的两种不同的定量方式。在理想情况下，一个频率固定的完美的脉冲信号(以1 MHz为例)的持续时间应该恰好是1微秒，每500ns有一个跳变沿。 但不幸的是，这种信号并不存在。如图1所示，信号周期的长度总会有一定变化，从而导致下一个沿的到来时间不确定。这种不确定就是相位噪声，或者说抖动。 抖动是一个时域概念 抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述了信号周期距离其理想值偏离了多少。通常，10 MHz以下信号的周期变动并不归入抖动一类，而是归入偏移或者漂移。抖动有两种主要类型：确定性抖动和随机性抖动。确定性抖动是由可识别的干扰信号造成的，这种抖动通常幅度有限，具备特定的（而非随机的）产生原因，而且不能进行统计分析。造成确定性抖动的来源主要有4种： 1. 相邻信号走线之间的串扰：当一根导线的自感增大后，会将其相邻信号线周围的感应磁场转化为感应电流，而感应电流会使电压增大或减小，从而造成抖动。 2. 敏感信号通路上的EMI辐射：电源、AC电源线和RF信号源都属于EMI源。与串扰类似，当附近存在EMI辐射时，时序信号通路上感应到的噪声电流会调制时序信号的电压值。
DDS简介 DDS 直接数字频率合成技术（Direct Digital Frequency Synthesis，即DDFS，一般简称DDS）， 是从相位概念出发直接合成所需要波形的一种新的频率合成技术。目前各大芯片制造厂商都相继推出采用先进CMOS工艺生产的高性能、多功能的DDS芯片，为电路设计者提供了多种选择。然而在某些场合，专用DDS芯片在控制方式、置频速率等方面与系统的要求差距很大，这时如果用高性能的FPGA器件来设计符合自己需要的DDS电路，就是一个很好的解决方法。 ACEX 1K器件是Altera公司着眼于通信、音频处理及类似场合的应用而推出的芯片系列，总的来看将会逐步取代FLEX 10K 系列，成为首选的中规模器件产品。它具有如下优点：* 高性能。ACEX 1K器件采 用查找表（LUT）和EAB（嵌入式阵列块）相结合的结构，特别适用于实现复杂逻辑功能和存储器功能，例如通信中应用的DSP、多通道数据处理、数据传递和微控制等。 * 高密度。典型门数为1万到10万门，有多达49，152位的RAM（每个EAB有4，096位RAM）。 * 系统性能。器件内核采用2.5V电压，功耗低，能够提供高达250MHz的双向I/O功能，完全支持33MHz和66MHz的PCI局部总线标准。 * 灵活的内部互联。具有快速连续式、延时可预测的快速通道互连；能提供实现快速加法器、计数器、乘法器和比较器等算术功能的专用进位链和实现高速多扇入逻辑功能的专用级联链。 本次设计采用的是ACEX EP1K50，典型门数50000门，逻辑单元2880个，嵌入系统块10个，完全符合单片实现DDS电路的要求。设计工具为Altera的下一代设计工具Quartus 软件。 DDS的工作原理和电路结构 DDS以数控振荡器的方式，产生频率、相位可控制的正弦波。电路一般包括基准时钟、频率累加器、相位累加器、幅度/相位转换电路、D/A转换器和低通滤波器（LPF）。其中：* 频率累加器对输入信号进行累加运算，产生频率控制数据或相位步进量。 * 相位累加器由N位全加器和N位累加寄存器级联而成，对代表频率的2进制码进行累加运算，是典型的反馈电路，产生累加结果Y. * 幅度/相位转换电路实质是一个波形存储器，以供查表使用。读出的数据送入D/A转换器和低通滤波器。 具体工作过程如下：每来一个时钟脉冲，N位加法器将频率控制数据X与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送至累加寄存器的输入端。累加寄存器一方面将在上一时钟周期作用后所产生的新的相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一时钟的作用下继续与频率控制数据X相加；
生产性噪声的定义 物体受振动后，在弹性介质中以波的形式向外传播，当传到人耳时能引起音响感觉的振动称为声音。引起音响感觉的振动波称为声波。受振动的物体称为声源。 根据物理学的观点，各种不同频率不同强度的声音杂乱地无规律地组合，波形呈无规则变化的声音称为噪声，如机器的轰鸣等。从生理学的观点来看，凡是使人厌倦的、不需要的声音都是噪声。比如对于正在睡觉或学习和思考问题的人来说，即使是音乐，也会使人感到厌烦而成为噪音。 在生产过程中产生的一切声音都称为生产性噪声。生产性噪声按其声音的来源可大致分为以下几种： (l)机械性噪声由于机器转动、摩擦、撞击而产生的噪声。如各种车床、纺织机、凿岩机、轧钢机、球磨机等机械所发出的声音。 (2)空气动力性噪声由于气体体积突然发生变化引起压力突变或气体中有涡流，引起气体分子扰动而产生的噪声。如鼓风机、通风机、空气压缩机、燃气轮机等发出的声音。 (3)电磁性噪声由于电机中交变力相互作用而产生的噪音。如发电机、变压器、电动机所发出的声音。 生产性噪声根据持续时间和出现的形态，可分为连续性噪声和间断性噪声;稳态噪声和非稳态噪声或脉冲噪声。声音持续时间小于0.5秒，间隔时间大于1秒，声压变化大于40分贝的称为脉冲噪声，如锻锤、冲压、射击等。声压波动小于5分贝的称为稳态噪声，如一般环境噪声、高速空调噪声、电锯、机床运转噪声等。声压变化较大的则称为非稳态噪声，如道路噪声、火车通过的噪声、锻造机械的噪声、铆枪的噪声等。 生产性噪声一般声级比较高，且多为中高频噪声，常与振动等不良因素联合作用于人体，使其危害更大。 物体受振动后，在弹性介质中以波的形式向外传播，当传到人耳时能引起音响感觉的振动称为声音。引起音响感觉的振动波称为声波。受振动的物体称为声源。 根据物理学的观点，各种不同频率不同强度的声音杂乱地无规律地组合，波形呈无
一、研究目的与意义 研究目的与意义： 函数信号发生器是信号源的一种，主要给被测电路提供需要的已知信号，然后同其他仪表测量感兴趣的参数。它不是测量电路，而是根据使用者的要求作为激励源，仿真各种测量信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。 目前我国在研究信号发生器方面有可喜的成就。但总的来说，我国信号发生器没有形成真正的产业。中国函数发生器产业发展中出现的问题中，如产业结果不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能量消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。就目前国内的成熟产品来看，核心部分存在成本高、控制不方便、创新能力小等缺点，因此和国外相比技术存在比较大的差距，所以开发出高性价比的函数发生器，从而与国外技术有所比拼，并且打破国外技术垄断，对目前我国发展中的电子业来说，是具有刻不容缓的作用的。 随着电子技术的发展，电路测试对信号发生器的要求已经越来越高。除生成标准波形如正弦波、方波、三角波、脉冲波之外，信号发生器还要用于模拟输出一些不规则信号，以生成“实际环境”信号，包括在被测设备离开实验室或车间时可能遇到的毛刺、漂移、噪声和其它异常事件等。所有这些都要求信号发生器输出信号的参数如频率、波形、输出电压或功率等，能够在一定范围内进行更加精确的调整，并拥有更好的稳定性及输出指示。 目前市场上常见的信号发生器，按照价格与适用性大致可以分成高、中、低端，但由于品牌、型号冗繁，使用者在采购过程中面临很大难题。 低端产品：DDS技术提高产品适用性 通常价位在5,000元上下的信号发生器都是定位在普及水平的低端产品，这类产品由于性能指标的限制，多应用于教育和培训，常见如下图1-1所示：普源精仪的DG1000系列、石家庄无线电四厂的TF G2000系列、南京盛普的SPF05/SPF10和台湾固纬的SFG-830。 图1-1 低端波形发生器
第5章噪声监测 （1）声功率（W） 声功率是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向某指定面积的声能量。 在噪声监测中，声功率是指声源总声功率。单位为W。 （2）声强（I） 声强是指单位时间内，声波通过垂直于声波传播方向单位面积的声能量。单位为W/米2（W/m2）。 （3）声压（P） 声压是空气受声波干扰而产生的压力增值。单位为Pa。声波在空气中传播时形成压缩和稀疏交替变化，所以压力增值是正负交替的。但通常讲的声压是取均方根值，叫有效声压，故实际上总是正值，对于球面波和平面波，声压与声强的关系： I = P2/ρc 式中：ρ-空气密度； c-声速。 5.1.5.2 分贝、声功率级、声强级和声压级 （1）分贝 人们日常生活中听到的声音，若以声压值表示，由于变化范围非常大，可以达六个数量级以上，同时由于人体听觉对声信号强弱刺激反应不是线形的，而是成对数比例关系。所以采用分贝来表达声学量值。所谓分贝是指两个相同的物理量（例A1和A0）之比取以10为底的对数并乘以10（或20）。 N=10lg(A1/A0) 分贝符号为"dB"，它是无量纲的。 式中：A0是基准量（或参考量），A1是被量度量。 被量度量和基准量之比取对数，这对数值称为被量度量的"级"。 （2）声功率级 L w =10lg(W/W0) 式中：L w——声功率级（dB）； W——声功率（W）； W0——基准声功率，为10-12 W。 （3）声强级
L I = 10lg(I/I0) 式中：L I——声强级(dB)； I——声强（W/m2）； I0——基准声强，为10-12 W/m2。 （4）声压级 L P = 20lg(P/P0) 式中：L P——声压级（dB）； P——声压（Pa）； P0——基准声压，为2×10-5Pa，该值是对1000Hz声音人耳刚能听到的最低声压。 5.1.5.3 噪声的叠加和相减 （1）噪声的叠加 两个以上独立声源作用于某一点，产生噪声的叠加。 声能量是可以代数相加的，设两个声源的声功率分别为W1和W2，那么总声功率W总=W1+W2。而两个声源在某点的声强为I1和I2时，叠加后的总声强:I总= I1+I2。但声压不能直接相加。 总声压级：L P=10lg[10(L p1/10)+10(L p2/10)] 式中L P——总声压级，dB； L P1——声源1的声压级，dB； L P2——声源2的声压级，dB。 如L P1=L P2，即两个声源的声压级相等，则总声压级： L P =L P1+10lg2≈L P1+3(dB) 也就是说，作用于某一点的两个声源声压级相等，其合成的总声压级比一个声源的声压级增加3dB。当声压级不相等时，按上式计算较麻烦。可以利用图11-1或表11-3查值来计算。方法是：设L P1>L P2,以L P1-L P2值按表或图查得ΔL P，则总声压级L P总=L P1+ΔL P。
使用实时采样示波器测量相位噪声——第一部分 来源：互联网 什么是相位噪声？ 维基百科对相位噪声的定义是：“波形相位在频域中的快速、短期、随机波动，由时域的不稳定（抖动）引起。”噪声一词的定义说明该术语不涉及任何杂散项或确定项。上面定义中的“短期”旨在将该定义与其他确定时钟源纯净度的方式相区别，例如每百万稳定点，即 ppm。后者通常在较长的一段时间测得，例如数秒或数分钟。 相位噪声通常以对数频率图表示，例如下图（图 1），图中幅度单位为 dBc/Hz（分贝与 1 Hz 带宽载波功率的比值）。x 轴表示相对于标称信号或“载波”频率的频率偏移。 图 1 为什么使用示波器？ 在说明如何使用示波器测量相位噪声之前，最好先了解一下为什么使用实时示波器。现在已经有了专门测量相位噪声的仪器，例如 Keysight E5052B 信号源分析仪（SSA），它拥有比任何示波器都低的相位噪声测量本底噪声。SSA 能够执行准确测量，更接近相位噪声偏
移值，测量速度也比任何示波器都快。但是该仪器也有一些测量限制，例如对最大频率偏移范围有所要求。相位噪声分析仪的典型最大偏移为 100MHz。对大于 100 MHz 的时钟频率，有时也要测量更高的频率偏移，但这超出了此类仪器的测量范围。但示波器可以测量传递到数据信号上的相位噪声，而不仅仅测量时钟。 示波器使用简单如果也足以满足测量要求，当预算不足以购买专用的相位噪声测量设备时更是上佳选择。 相位提取 示波器可以捕捉整个信号波形并对其进行数字化，有多种方法可以从数字化波形中提取相位噪声信息。本文将简要介绍两种方法： 1.时钟恢复 2.通过矢量信号分析软件执行相位解调 通过串行数据时钟恢复执行相位解调 示波器分析信号是否达到设定的电压阈值，并将其与参考时钟边沿对比，从而测量串行数据或时钟信号的时序变化（抖动）。对于相位噪声，我们希望参考时钟为理想的固定频率时钟。大部分现代示波器都具有时钟恢复算法，可以从信号中提取时钟。在许多情况下，我们希望通过算法实现锁相环（PLL）仿真，但在这里，我们只需要提取一个固定周期的理想时钟，因此我们不会像 PLL 那样“追查出”任何相位变化。建立时钟恢复的示例如下图。（图 2）算法可设置为根据每次采样结果调整标称信号频率和相位。
相位噪声分析及对电路系统的影响 1. 概述 相位噪声就是短期频率稳定度，一个物理现象的两种表示方法，相位噪声为频域表示，短期频率稳定度为时域表示。相位噪声一般是指在系统内各种噪声作用下所引起的输出信号相位随机起伏。相位的随机起伏必然引起频率随机起伏，这种起伏速度较快，所以又称之为短期频率稳定度，用单边带，1Hz 带宽内的相位噪声功率谱密度￡(?m )表示。而时域一般用在一定时间间隔内，频率变化量的相对值表示，它是测量时间τ的函数，一般用方差><)(2τσ描述频率稳定度，可分长期稳定度和短期稳定度，目前没有严格界限。 频率源的相位噪声是一项非常重要的性能指标，它对电子设备和电子系统的性能影响很大，从频域看它分布在载波信号两旁按幂律谱分布。用这种信号不论做发射激励信号，还是接收机本振信号以及各种频率基准时，这些相位噪声将在解调过程中都会和信号一样出现在解调终端，引起基带信噪比下降。在通信系统中使话路信噪比下降，误码率增加；在雷达系统中影响目标的分辨能力，即改善因子。接收机本振的相位噪声，当遇到强干扰信号时，会产生“倒混频”使接收机有效噪声系数增加。所以随着电子技术的发展，对频率源的相位噪声要求越来越严格，因为低相位噪声，在物理、天文、无线电通信、雷达、航空、航天以及精密计量、仪器、仪表等各种领域里都受到重视。 2. 相位噪声及频率稳定度分析 2.1 相位噪声分析 任何信号的频谱都不可能绝对纯净，总会受到噪声的调制产生调制边带。噪声可分为：闪变噪声、干扰噪声和白噪声，1Hz 带宽内的热噪声功率N o 在常温17℃时为-174dBm/Hz 。这些噪声连续分布，假设对一纯净信号?o 进行调制，取1Hz 带宽内的噪声功率，频率为)(0f f ?+，在时间小于1秒时，可以认为噪声电压也是正弦波。这样可用矢量法来分析这两个正弦信号的调制结果，用图1表示。图1中用V 2表示?0幅度，用02N 表示噪声正弦波幅度，把?0信号看成静止，则噪声分量以 f ?=?πω2的角速度旋转。 由图1看出，当噪声矢量按ω?旋转时，?0信号既产生调幅又产生调相。在图1中a 、c 状态只产生调幅，b 、d 状态只产生调相。调幅的峰值为 ,调相峰值也叫相位最大抖动，为： V N t n 01-=ωθ 单位rad/Hz （1） 当θ值很小时，例如随机噪声调制情况下，调制指数很小，这时调相近似线性。使用迭加原理将各自独立的相位噪声功率相加，而各自独立的噪声电压按平方或平方根组合在一起。例V N M 0= '