在电子和射频系统中，噪声会影响和限制其性能。噪声的形式多样，但本质是随机的，一旦进入系统，则无法将其彻底消除，只能通过过滤来减少它。而“噪声系数”“相位噪声”是射频系统中的重要指标。今天我们聊一聊相位噪声及其影响。

一、相位噪声的定义

相位噪声是射频频率合成器和射频振荡器的关键技术指标。相位噪声通常被称为相位抖动或频域抖动。抖动是时域模拟到频域的相位噪声。相位噪声的根源是频率源中的频率不稳定性或相位不稳定性。在大多数射频振荡器中，都有适当的设计技术和电路来最小化相位噪声。然而，相位噪声不能完全消除，并且对依赖频率/相位保真度的射频通信和感测应用的性能有显著影响。

相位噪声对于射频设计者来说是特别重要的。相位抖动表现为相位噪声，该相位噪声散布在主要所需载波的两侧。在大多数情况下，与载波的偏移越大，其电平就越低。考虑到频率合成器的工作方式，相位噪声频谱在环路带宽内变化，尽管最终随着与载波的偏移量增加而降低。

二、相位噪声 VS 幅度噪声

相位噪声可以通过多种方式引入电路中，特别是在使用频率合成器时。然而，对于振荡器来说，相位噪声的来源是“热”和“闪烁”或 1/f 噪声。

由于大多数振荡器在饱和状态下工作，这限制了噪声的幅度分量，其通常比相位噪声分量低 20dB 左右。这意味着相位噪声占主导地位，因此幅度噪声通常被忽略。这种假设适用于大部分应用，但是不能完全忽略幅度分量，因此在某些应用中可能需要考虑他们。

三、相位噪声对无线通信的重要性

相位噪声对无线通信的影响的一个例子是在WiFi或4G/5G蜂窝电信中使用的高阶正交幅度调制（QAM）方案。相位噪声是这些通信的比特率（BER）或符号错误率（SER）的限制因素。高阶调制方案具有较低的误差矢量幅度（EVM）要求，其中EVM直接受到过多相位噪声的影响。在振幅误差将给符号添加垂直误差的情况下，相位误差会导致符号在原点周围以圆形图案渗透。这种相同的现象影响射频传感应用，例如雷达，其中相位误差可能导致目标的位置或速度传感误差。另一种可能性是，由于两个附近目标的特征“模糊”，相位误差可能导致两个目标作为单个目标出现。

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四、相位噪声对射频器件的影响

在非理想振荡器或其他频率产生部件中，相位噪声是给定频率的频率内容在信号中心频率周围的拖尾。在振荡器的情况下，应该生成单个音调，但实际上，结果是具有从载波频率延伸的衰减边带的音调。在时域中，这看起来像几个正弦波，几乎与载波频率（音调）重叠，但在时间上略有偏移。相位噪声的严重程度越大，边带能量与中心频率相比就越高，在频域和时域中，与中心频率相比，附加正弦波的时间变化越大。

在混频过程中，过多的相位噪声会导致带有相位噪声的混频产物失真/扩散，甚至可能重叠或扩散到所需的频率。在宽带信号中，过多的相位噪声会导致频谱再生严重到足以导致不可接受的相邻信道功率泄漏比(ACLR)水平。ACLR是指在无线通信频段计划中，一个频段信号的能量泄漏到另一个频段。

相位噪声通常被测量为载波频率两侧的小带宽差。例如，振荡器的相位噪声可以从音调的载波频率或中心频率在1kHz带宽10kHz上测量。通常只给出相位噪声结果的正或上边带，这被称为正单边带相位噪声。相位噪声有不同的贡献因素以及描述这些贡献因素的方法。相位噪声的主要考虑因素之一是信号路径中其他元件添加的相位噪声。解决这个问题的一种方法是使用为低相位噪声指定的组件/设备，例如低相位噪声晶体振荡器和放大器（LPNA）。