วิธีการวัด Noise ของเฟส? เปรียบเทียบวิธีหลักสามวิธี

A: Noise ของเฟสอธิบายถึงความผันผวนแบบสุ่มในเฟสของสัญญาณ ปรากฏเป็นการแพร่กระจายของสเปกตรัมในลักษณะคล้ายกระโปรงรอบความถี่พาหะ มันทำให้ประสิทธิภาพของระบบเสื่อมถอยในเรดาร์ การสื่อสาร และระบบจับเวลาที่มีความแม่นยำ ดังนั้นการวัดที่แม่นยำจึงมีความจำเป็นสำหรับการกำหนดลักษณะเฉพาะของออสซิลเลเตอร์และการออกแบบระบบ Q: เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมวัด Noise ของเฟสได้อย่างไร?

A: เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมแสดงความหนาแน่นสเปกตรัมของกำลังสัญญาณโดยตรง โดยการสังเกตพาหะและกระโปรงสัญญาณรบกวนรอบข้าง วิศวกรจะอ่านค่า Noise ของเฟสเป็น dBc/Hz ที่ชดเชยความถี่ต่างๆ วิธีนี้ง่าย ไม่ต้องใช้ออสซิลเลเตอร์อ้างอิง และให้ภาพรวมอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม มันถูกจำกัดด้วยพื้น Noise ของเฟสของเครื่องวิเคราะห์เอง (โดยทั่วไปอยู่ที่ −110 ถึง −120 dBc/Hz ที่ชดเชย 10 kHz) และช่วงไดนามิก มันทำงานได้ดีสำหรับการประเมินออสซิลเลเตอร์ที่มีสัญญาณรบกวนมากหรือมีคุณภาพปานกลาง แต่จะประสบปัญหากับแหล่งสัญญาณที่มี Noise ของเฟสต่ำมากๆ Q: วิธีตัวตรวจจับเฟสทำงานอย่างไร?

A: วิธีตัวตรวจจับเฟส (หรือตัวเปรียบเทียบเฟส) ใช้ออสซิลเลเตอร์อ้างอิงเฉพาะที่ล็อกเฟสกับอุปกรณ์ที่ทดสอบ (DUT) ในสภาวะ Quadrature 90° ในสภาวะ Quadrature แรงดันเอาต์พุตของมิกเซอร์จะเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างของเฟสชั่วคราวระหว่างสัญญาณสองตัว แปลงความผันผวนของเฟสเป็นสัญญาณรบกวนแรงดันความถี่ต่ำอย่างมีประสิทธิภาพ แรงดันนี้ถูกวัดด้วยเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมฐานสัญญาณแบบสัญญาณรบกวนต่ำหรือเครื่องวิเคราะห์ FFT ข้อดี ได้แก่ พื้นการวัดที่ต่ำกว่ามาก (สามารถทำได้ถึง −170 dBc/Hz) และความไวโดยตรงต่อเฟสมากกว่าแอมพลิจูด ข้อจำกัดหลักคือความต้องการแหล่งสัญญาณอ้างอิงที่มี Noise ของเฟสเท่ากับหรือดีกว่า DUT มิฉะนั้นผลลัพธ์จะรวม Noise ของแหล่งสัญญาณทั้งสองเข้าด้วยกัน Q: วิธี Cross-Correlation คืออะไร และทำไมจึงเหนือกว่า?

A: เทคนิค Cross-Correlation แก้ไขข้อจำกัดของแหล่งสัญญาณอ้างอิงโดยใช้สองช่องทางวัดอิสระ ซึ่งแต่ละช่องทางมีออสซิลเลเตอร์อ้างอิงของตัวเอง วัด DUT เดียวกันพร้อมกัน เนื่องจาก Noise ของเฟสของ DUT มีความสัมพันธ์กันในทั้งสองช่องทาง ในขณะที่ Noise ของแหล่งสัญญาณอ้างอิงแต่ละตัวไม่มีความสัมพันธ์กัน การเฉลี่ย N cross-correlations จะกด Noise ของแหล่งสัญญาณอ้างอิงที่ไม่มีความสัมพันธ์กันลง 10·log₁₀(N) dB ตัวอย่างเช่น 10,000 correlations จะทำให้ดีขึ้น 40 dB ทำให้สามารถวัดได้ต่ำกว่า −185 dBc/Hz เพียงพอสำหรับออสซิลเลเตอร์ควอตซ์และแซฟไฟร์ที่ดีที่สุด เครื่องวิเคราะห์ Noise ของเฟสเฉพาะทางสมัยใหม่ (เช่น Keysight E5052B, Rohde & Schwarz FSWP) ใช้วิธีนี้ Q: เมื่อใดควรใช้แต่ละวิธี?

A: เลือกตามความไวที่ต้องการ คุณภาพแหล่งสัญญาณอ้างอิงที่มี และความเร็วในการวัด สำหรับการคัดกรองในสายการผลิต เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมเพียงพอแล้ว สำหรับ R&D ของออสซิลเลเตอร์ประสิทธิภาพสูง วิธี Cross-Correlation เป็นมาตรฐานระดับทอง