Перейти к содержанию

Фазовый шум (phase noise)

Идеальный генератор даёт в спектре одну линию. У реального синтезатора частоты линия окружена шумовыми «юбками», которые спадают по мере удаления от несущей. Это фазовый шум. Он мешает и передатчику, и приёмнику: от него зависят помехи в соседних каналах и способность слышать слабый сигнал рядом с сильным.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Фазовый шум (phase noise) — случайные колебания фазы сигнала генератора. В спектре они выглядят как шумовые «юбки» по обе стороны от несущей, которые спадают с удалением от неё. Фазовый шум задают отношением мощности шума в полосе 1 Гц на заданной отстройке к мощности несущей, в дБн/Гц (dBc/Hz, см. децибел).

Как задают в даташите

Пример — фазовый шум несущей трансивера TI CC1101:

ОтстройкаФазовый шум
50–200 кГц−92 дБн/Гц
500 кГц−98 дБн/Гц
1 МГц−107 дБн/Гц
2 МГц−113 дБн/Гц
10 МГц−129 дБн/Гц

Вблизи несущей шум определяется петлёй синтезатора ФАПЧ и почти постоянен, дальше спадает. Чтобы оценить шум в полосе соседнего канала, к числу добавляют 10·lg(полосы): канал шириной 100 кГц на отстройке 1 МГц получит около −107 + 50 = −57 дБн.

Почему это важно

Передатчик. Шум несущей попадает в соседние каналы и мешает другим устройствам — от него зависят соседние каналы при плотном разносе каналов.

Приёмник. Сильный сигнал в соседнем канале смешивается с гетеродином, и фазовый шум гетеродина переносит его энергию в полосу полезного канала. Это явление ставит предел избирательности по соседнему каналу: Semtech для SX1276 пишет, что подавление соседнего канала у него ограничено не фильтром канала, а фазовым шумом гетеродина.

Фазовый шум и джиттер

Это одно и то же явление, описанное в частотной и временной области. Джиттер — разброс моментов фронтов. По TI (SNAA103), среднеквадратичный джиттер равен корню из фазового шума, проинтегрированного по полосе отстроек, делённому на круговую частоту несущей, — поэтому он зависит и от выбранной полосы, и от частоты. Для тактов цифровых схем обычно дают джиттер, для радиочастотных синтезаторов — фазовый шум. О выборе радиомодулей — в статье о модулях 433 и 868 МГц.

Частые вопросы

Что означает фазовый шум −107 дБн/Гц на отстройке 1 МГц?

Что на расстоянии 1 МГц от несущей мощность шума в полосе 1 Гц на 107 дБ меньше мощности несущей. Единица дБн/Гц (dBc/Hz) — децибелы относительно несущей на герц полосы. Чтобы оценить шум в полосе канала, к этому числу добавляют 10·lg полосы: для канала 100 кГц это +50 дБ, итого около −57 дБн.

Как фазовый шум приёмника ухудшает избирательность?

Сильная помеха в соседнем канале смешивается в приёмнике с гетеродином, и шумовые «юбки» гетеродина переносят её энергию прямо в полосу полезного канала. Фильтр после смесителя её уже не отделит. Semtech для SX1276 прямо пишет, что подавление соседнего канала ограничено не фильтром, а фазовым шумом гетеродина.

Связан ли фазовый шум с джиттером?

Да, это одно явление в двух областях. Фазовый шум описывает случайные колебания фазы в частотной области, джиттер — колебания моментов фронтов во временной. Интегрируя фазовый шум по полосе отстроек, получают среднеквадратичный джиттер. Для тактовых генераторов АЦП и интерфейсов обычно дают джиттер, для радио — фазовый шум.

Источники

  1. Texas Instruments. CC1101 Low-Power Sub-1 GHz RF Transceiver, SWRS061I — табл. 15, синтезатор частоты: шаг программирования частоты fXOSC/2¹⁶ — 397–412 Гц при кварце 26–27 МГц; допуск частоты синтезатора ±40 ppm определяется кварцем; фазовый шум несущей −92 дБн/Гц на отстройках 50, 100 и 200 кГц, −98 дБн/Гц на 500 кГц, −107 на 1 МГц, −113 на 2 МГц, −119 на 5 МГц, −129 на 10 МГц
  2. Semtech. SX1276/77/78/79 137 MHz to 1020 MHz Low Power Long Range Transceiver, Datasheet Rev. 5 (August 2016) — разд. 1: низкий фазовый шум, избирательность, линейность приёмника; табл. электрических характеристик: PHN — фазовый шум передатчика на отстройках 10, 50, 400 кГц и 1 МГц; разд. 5.5.6: подавление фильтра канала достаточно высоко, и избирательность по соседнему каналу ограничена не фильтром, а фазовым шумом гетеродина
  3. Texas Instruments (National Semiconductor). Clock Conditioner Owner's Manual, SNAA103 (4Q 2006) — гл. 2: L(f) — односторонняя спектральная плотность фазового шума, нормированная к мощности несущей, в логарифмическом виде в дБн/Гц; мощность фазового шума зависит от пределов интегрирования (ур. 2.18); для генераторов фазовый шум обычно задают на нескольких отстройках в дБн/Гц, то есть в полосе 1 Гц; джиттер связан с фазовым шумом множителем, обратным частоте несущей в радианах (ур. 2.28); среднеквадратичный джиттер — корень из дисперсии фазы, проинтегрированной по полосе отстроек, делённый на ω0 (ур. 2.29), и зависит от пределов интегрирования и частоты генератора

Нашли ошибку?

Смотрите также