一、相位與相位噪聲

相位（Phase）：交流信號表達式A*sin(2πft + φ) 中的 φ為相位，描述的是“波形在時間軸上的位置”，它是一個瞬時量，單位是弧度（rad）。

圖1 正弦信號的相位

在實際系統中，由于噪聲的影響，信號的相位會發生隨機變化，導致波形出現畸變。這種相位的隨機變化在時域稱之為“抖動”在頻域稱之為“相位噪聲”，它會使信號的頻譜展寬，影響信號的傳輸和處理，一句話區分相位與相位噪聲：相位是“靜態位置”，相位噪聲是“位置的隨機晃動”。

圖2 理想與真實世界的信號在頻域與時域表現形式

相位噪聲（Phase Noise）：描述的是φ隨時間發生“快速、短期、隨機”的微小抖動，在頻域表現為載波頻譜的連續噪聲邊帶。在量化相位噪聲的眾多技術指標中，最常用的測量指標是“單邊帶(SSB) 相位噪聲”。

從數學角度來講，美國國家標準與技術研究院(NIST)將其定義為“偏離載波頻率處單位帶寬內的單邊帶信號功率與載波信號總功率的比值”，由此我們可以總結出單邊帶相位噪聲的三要素：頻偏、單位HZ以及相對于載波。

圖3 相位噪聲

圖4 SMB100B射頻信號源不同中心頻率下，偏離載波20kHz的相位噪聲

二、相位噪聲與抖動：時頻域的雙生子

上文我們提到過，相位噪聲與抖動是同一物理現象在不同維度上的表現形式，本質均源于信號源的噪聲特性。

相位噪聲是從頻域角度出發，描述信號相位在頻率上的隨機波動特性，具體表現為信號頻譜在載波頻率附近的能量擴散，這種擴散會導致頻譜純度下降，常見于振蕩器、鎖相環等射頻與微波系統中。

抖動（Jitter）是從時域出發，定義為“信號的各個有效瞬時對其當時的理想位置的短期性偏離”，比如數字電路中信號的上升沿或下降沿在時間軸上的不穩定跳動，見下圖5。

圖5 抖動會導致接收機錯誤地解讀被傳輸的數字數據

抖動源通常分為兩類：“有界”和“無界”

有界抖動源會在可識別的時間間隔內達到最大和最小的相位偏差值。這類抖動也叫“確定性抖動（DJ）”；它們是由系統和與數據相關的（系統：輻射信號或傳導信號之間的串擾、散射效應、阻抗失配，數據：碼間干擾、占空比失真、偽隨機、比特序列周期性）抖動源而引發的。

無界抖動源在任何時間間隔內都不會出現最大或最小的相位偏差，而且至少理論上，它們的抖動幅度會趨于無窮大。這類抖動也會被歸類為“隨機抖動（RJ）”。它們會因為隨機噪聲源（熱噪聲、散粒噪聲、粉紅噪聲）而引發。

三、測試設備選擇

1.主流測試設備

1.時域、頻域抖動分析比較

測試信號：載波為1GHz，調制頻率為1MHz的調頻信號，且伴有0Hz至4MHz的加性噪聲，測試設備分別使用FSWP系列相位噪聲分析儀與RTO6示波器。

在圖6頂部，RTO6測量波形顯示為軌跡函數（TIE 伴隨時間的變化趨勢）。中間的圖顯示的是軌跡函數的FFT。這個FFT顯示為PJ的抖動頻譜，代表的含義是信號的總體抖動 (TJ)，單位為dBps。底部顯示測量到的TIE的柱狀圖。

圖6 RTO6示波器測試抖動

圖7是以dBc/Hz為單位顯示的FSWP的測量結果。FSWP還計算每個雜散的PJ、總PJ和相位噪聲譜的RJ（單位為ps）。

為了比較結果，將兩個測量結果的單位都轉換為ps。此外，RTO6的隨機抖動和FSWP的總體抖動使用以下公式進行計算：

TJ2=RJ2+PJ2

圖7 FSWP相位噪聲分析儀測試抖動

下表顯示了各個測量結果和差異，RTO6和FSWP結果幾乎完全相同。它們測量到的PJ的頻率相同，并且測量值的差異小于0.5ps。檢測到的RJ和TJ值的差異小于0.5ps。這種良好的一致性證明了這兩種儀器具有可比性。