相位噪聲、抖動(dòng)和艾倫偏差 –?比較和區(qū)別

相位噪聲（Phase noise）

在射頻和微波電子學(xué)中，相位噪聲通常是查看和分析噪聲的方法。具有低相位噪聲頻率源至關(guān)重要，因?yàn)橄辔辉肼曄拗屏舜_定振蕩器當(dāng)前狀態(tài)和可預(yù)測(cè)性的能力。隨著時(shí)間的推移，具有良好的頻率精度是件好事，但信號(hào)的純度也很重要。較差的相位噪聲限制了通信系統(tǒng)中可以傳輸和接收的數(shù)據(jù)量，并干擾了任何通信系統(tǒng)中可用帶寬的最有效使用。傳統(tǒng)上，在任何模擬、射頻或微波應(yīng)用中，工程師都喜歡在頻域中處理相位噪聲。

從直觀的角度來(lái)看，相位噪聲可能是可視化信號(hào)純度的最佳方式。如果您有一個(gè) 100 MHz的晶體振蕩器或其他頻率信號(hào)，那么您希望信號(hào)的所有能量都精確到 100 MHz。但是，當(dāng)在頻率分析儀上查看時(shí)，它甚至可以顯示最佳頻率源的輸出功率，雖然大部分功率在 100 MHz，但也發(fā)現(xiàn)一些功率位于非常接近載波（100 MHz）的頻率上。您離載波越遠(yuǎn)，噪音就越小。精密石英晶體振蕩器實(shí)際上是最好的低噪聲源，因?yàn)槭⒕哂凶罡叩摹癚”或品質(zhì)因數(shù)。但在現(xiàn)實(shí)世界中，沒(méi)有一個(gè)頻率源是完美的。任何給定偏移（與載波的距離）的噪聲量均以 dBc/Hz為單位。

請(qǐng)記住，對(duì)于晶體振蕩器，相位噪聲很低。dBc/Hz刻度是對(duì)數(shù)的，因此一個(gè)好的晶體振蕩器的相位噪聲，即使在與載波最近的偏移處（如 10 Hz）也可能約為 -95 dBc/Hz，與載波頻率本身的能量密度相比，這是非常非常低的，而 1 MHz和遠(yuǎn)離載波的相位本底可能低至 -174 dBc/Hz。

抖動(dòng)（Jitter）

相比之下，在電信行業(yè)，傳統(tǒng)上使用抖動(dòng)在時(shí)域中分析噪聲。在本質(zhì)上是數(shù)字的電信中，抖動(dòng)是周期性信號(hào)與真實(shí)周期性的偏差。相位噪聲分析的是頻域中信號(hào)的純度，而抖動(dòng)分析的是所研究的方波信號(hào)中每個(gè)周期的時(shí)序精度。

在電信和其他數(shù)字應(yīng)用中，低抖動(dòng)對(duì)于最大限度地降低誤碼率（BER）非常重要。BER是衡量數(shù)字系統(tǒng)中在給定時(shí)間段內(nèi)將錯(cuò)過(guò)多少個(gè)運(yùn)行周期的指標(biāo)。顯然，錯(cuò)過(guò)的周期意味著錯(cuò)過(guò)或損壞的數(shù)據(jù)。

一個(gè)完美的方波信號(hào)在每個(gè)周期中都是完全相同的時(shí)間段。抖動(dòng)是衡量數(shù)字定時(shí)信號(hào)接近此定時(shí)完美的程度的指標(biāo)。由于主時(shí)鐘會(huì)處理任何更短或更接近的噪聲，因此可以并且以多種不同方式測(cè)量和表征的抖動(dòng)被視為遠(yuǎn)離載波頻率的 12 KHz至 20 MHz的所有相位抖動(dòng)的積分。這一傳統(tǒng)沿用至今，至今仍是指定和測(cè)量大多數(shù)抖動(dòng)的方式。

艾倫方差 (Allan variance)

最后，Allan方差是一種統(tǒng)計(jì)方法，可以對(duì)短期穩(wěn)定性進(jìn)行有意義的表征。使用中有一些不同的修改，也許最常見(jiàn)的是 Allan Deviation或 ADEV。雖然非常接近的相位噪聲是檢查信號(hào)短期穩(wěn)定性和純度的有用技術(shù)，但一旦您真正靠近載波，例如距離載波一秒甚至更近，幾乎不可能以可重復(fù)的方式準(zhǔn)確和精確地測(cè)量單個(gè)的相位噪聲。因此，Allan Deviation涉及進(jìn)行許多此類測(cè)量，然后對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以有意義地表示信號(hào)的非常短期的穩(wěn)定性。