鉴相法测试相位噪声

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1、四川省电子学会电子测量与与仪器专委会2005年学术年会论文集33鉴相法测试相位噪声王道春任俊徐旭(西南电子电信技术研究所)摘要鉴相法(也称相位检波器法)测试相位噪声有很多优点，例如灵敏度高，频率分析范围宽，能抑制调幅噪声等。AgilentE5504相位噪声测试系统就可以采用鉴相法来测试相位噪声。本文介绍了鉴相法测试相位噪声的基本原理，并以AgilentE5504相位噪声测试系统为例探讨了鉴相法测试当中的一些问题。关键词相位噪声鉴相锁相环1概述相位噪声的测试一般有直接频谱仪测量、鉴相法、鉴频法、差拍计数器

2、法等等。本文主要讨论鉴相法测试相位噪声，这里所讲的相位噪声是指频率源的相位噪声(也称绝对相位噪声)。利用鉴相技术进行测量，其分析范围宽，并能有效抑制调幅噪声的影响，因此测试准确度较高，应用十分广泛。本计量站就采用了一套Agilem的E5504相位噪声测试系统。鉴相法测试相位噪声精度高，然而它对系统以及环境的要求是很严格的，具体到本测试系统，还涉及到相对复杂的参数配置。结合到测试理论和平时测试当中的一些经验，我谈一谈对此测试方法的一点体会。2鉴相法测试的关键技术鉴相法测试相位噪声，其原理简单的讲就是利用鉴

3、相器和锁相环让参考源和被测源的信号保持同频正交，然后将被测信号源相对于参考信号源的相位波动转换为电压的波动，通过测景噪声电压的功率谱，得出相位噪声谱线。其原理图如图1。图l鉴相法测试相位噪声2．1锁相环技术从图l可以看到，锁相环路中除了被测源之外，还需要一个源来做参考，其中一个源需要具备压控功能，因此有的时候也称为双源法。锁相环在系统中起着重要的作用。它首先要根据鉴相的输出将参考源频率锁定到被测频率上，锁定之后使两个源同频正交。假设正交后被测信号为％w(f)=Usin(2，rfot+吮(f))(1)参考

4、信号为％=qsin(21rfot+咖(f)+x／2)(2)为其中玑、q为幅度峰值，fo为信号频率，唬、办为各自的相位起伏。我们可以得出差拍信号阿=去Ku，U，跏◇，O)一九O))(3)^4，、⋯，⋯，，二如果忽略参考源的相位波动，并且在被测源的相位波动小于0．2rod时，可以近似得出VU=去K玑【，，九O)(4)二因此，通过测量电压的起伏就可以计算出被测源的相位起伏。2．2鉴相技术鉴相器一般采用双平衡混频器，鉴相的目的首先是要确定鉴相常数。实际上，公式(4)中等式1右边的寺K址q就是鉴相常数。必须求出鉴

5、相常数才能得出电压与相位的对摩关系。要计算鉴相常数，需要将正交的相位调偏到一个确定的相位上，通过测试这个时候两个信号的差拍电压，从而得出鉴相常数。3利用E5504测试相位噪声E5504测试系统主要是采用鉴相法来测试相位噪声，，尽管它的自动化程度很高，很多配置还是需要注意，更重要的是，在测试之前必须评估被测源的一些指标，例如频率漂移率，如果是可压控器件，还要了解其压控灵敏度等。3．1评估被测源一段时间内的频率漂移要将参考源频率锁定到被测频率上，要求两个源之间的频差不能超过压控源调谐范围的5％，锁定之后要保

6、持相位正交，这段时间频差不能超过调谐范围的20％。如果采用HP8663A作为参考频率源，它的压控端最大调谐范围是400kHz。因此如果在测试过程中，相对参考源的频率漂移将超过80kHz的被测源是采用鉴相法是难以测试其相噪的。这个时候就需要考虑采用其他的测试方法，或者采用拥有更大调谐范围的压控源。四川省电子学会电子测量与与仪器专委会2005年学术年会论文集353．2参考源的选用参考源的选用在测试中也起着至关重要的作用。由于参考源本身的相位抖动，测试结果将不会优于参考源的相位噪声。图2显示了参考与被测之间的

7、相噪差值对测试结果的影响。V乞。＼．＼、。＼＼—、。、＼．．～．．J参考源低于被测源的相位噪声(dB)．J图2倍k如果采用HP8663A、HP8662作为参考源。他们的相噪指标是：．136dBc／Hz@10kHzoffset，可以满足大多数测试的要求。从上图可以看到，如果采用与被测相嗓同等级的参考源，测试结果将恶化3dB。如果参考源的相噪优于被测15dB以上，这时产生影响几乎可以忽略不计。3．3了解被测源压控灵敏度如果被测源不具备压控功能则不需要考虑这个问题，但是对于一些压控振荡器，它的压控灵敏度也决定

8、了测试的难度和可信度。如果压控灵敏度过高，而实验室所采用的直流供电系统又达不到相应的指标，这个时候供电系统的电压波动对振荡器产生的调制将会极大地影响相位噪声，甚至无法完成参考和被测频率的锁定。3．4压控端的阻抗匹配通常的仪器端口，其输入或输出阻抗均是50Q标准阻抗。然而HP8663A、HP8662A的压控输入端的阻抗分别是600Q和lkQ，如果采用EFC(ElectronicFrequencyContr01)方式，EFC的输入端阻抗为1MQ