本文第一部分介绍了一种分辨率为10ps的简单相位噪声测量技术。还有其他技术可以将测量性能提高到亚皮秒级。这就是本文的主题。
有几个应用,需要非常低的时钟抖动。考虑一个100 MHz 16位数字化仪系统。理想情况下,该系统的信噪比(以dB为单位)为:
信噪比= 6.02 N + 1.76 = 6.02 * 16 + 1.76 = 98.08 dB;其中N =比特数
然而,在实践中,有几个因素会降低这种系统的噪声性能。在较高的频率下,信噪比退化尤其严重。采样时钟的相位噪声或抖动是高频数字化噪声产生的主要原因之一。下式给出了给定信号频率下,时钟抖动引起的全尺度采样噪声:
信噪比= -20 log (2p f年代* jRMS);f年代=信号频率& jRMS= RMS抖动
根据这个公式,对于一个10 ps的时钟抖动和一个50 MHZ的信号,系统的信噪比被限制在85 dB左右,这比理想的信噪比差得多。这个计算强调了保持时钟抖动尽可能小的重要性。因此,随着电子电路的速度和性能水平的不断提高,必须对时钟给予特别的重视。显然,对于频率较高的时钟,测量抖动噪声变得更具挑战性。虽然有各种方法来测量亚皮秒时钟抖动,这些方法要么是特定于应用,要么需要复杂的程序和昂贵的测试设备。这种技术的各种例子已经发表了[2,3]。由于时钟通常是一个周期信号,等效时间采样原理可以为这些方法提供一个简单的替代方案。事实上,本文第一部分[1]中的测量技术就是基于这个概念。
在示波188bet金博宝登录器中,实时采样是以固定的速率将模拟信号转换为数字位。采样频率和被转换信号的频率之间没有关系。数字采样之间的时间完全相同,等于采样时间。原始模拟信号的数字表示在连续采样之间将有缺失部分。当采样频率远高于模拟信号频率时,信号的数字构造就是输入的精确模型。然而,随着输入频率的增加,由于样本之间的信息缺失,构建的数字信号显示出差异的迹象。例如,当采样频率完全等于模拟信号频率时,只有一点数字信息可用来构造信号。这将导致直流线路。显然,在较高输入频率下信号的数字模型与原始信号相差甚远。
等效时间采样是指一种适用于周期信号的采样技术。在这种技术中,每次模拟输入被采样时,采样时钟相对于输入的一个固定点被延迟一个预定的量(ΔT)。因此,连续采样之间的时间分辨率有效为ΔT,产生的有效采样率为1/ ΔT,与采样信号的频率无关。ΔT相对于连续样本的容差决定了重建模型的精度。在实践中,ΔT可以降低以产生1000 GHz的有效采样率。这个速率导致1 ps的采样时间。只有这个采样时间本身并不足以进行精细的抖动测量。我们还需要一个无抖动信号触发机制。基于硬件的信号同步会产生相当大的触发噪声。软件信号同步可以提供一种无抖动的替代方案。 Figure1 and figure 2 compares these methods of signal synchronization.
由于具有干净的触发机构,可以以较高的精度测量均匀相位噪声。在从触发点开始的信号的连续周期中,相位噪声累积。该概念的MATLAB仿真如图3所示,说明了从触发点开始的第1000个周期抖动的累积情况。
图3:多周期累积相位噪声的MATLAB仿真
然后用以下公式计算rms抖动[4]:
图4展示了基于该技术的典型噪声测量。在这张图中,示波器在信号的中间电平的下188bet金博宝登录降沿被触发。然后,在其第1000个周期的上升沿进行测量。从图中可以计算出信号相位噪声为0.48 ps。
随着电子数据处理速度的提高,时钟噪声成为系统误差的主要来源之一。保持一个干净的时钟需要测试和测量各种信号处理电路。如本文所述,示波器可用于此任务;188bet金博宝登录为繁琐而昂贵的方法提供了一种替代方案。
作者:Hamid Danesh(项目工程师;Analog Arts Inc.)
引用:
带示波器的精密相位噪声测量:188bet金博宝登录//www.gotomyxtv.com/background/2372-precision-phase-noise-measurement-with-an-188bet金博宝登录oscilloscope
测量无线应用A/D转换器的亚皮秒抖动
http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1230699“> http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1230699
用频谱分析仪测量相位噪声: