相位噪聲是衡量振蕩器性能的核心指標，通常也被稱為相位抖動，其定義為在某一頻率偏移Δf處1Hz寬帶內的單邊噪聲信號積分功率和載波信號功率比值，相位噪聲示意見圖1。

圖1相位噪聲示意圖

相位噪聲的根源在于振蕩器內部頻率與相位的不穩(wěn)定。為將相位噪聲降至最低水平，多數(shù)振蕩器使用精密的電路和控制技術。然而相位噪聲并不能完全消除，對于通信系統(tǒng)、高性能接收機以及精密測量等領域而言，其影響至關重要。

通信領域

現(xiàn)代通信系統(tǒng)傳輸速率高，對收發(fā)信機的指標提出了更高的要求，以下將從發(fā)射機和接收機兩個角度來闡述相位噪聲對收發(fā)信機的影響。

(1)發(fā)射機EVM

在WiFi或4G/5G蜂窩電信中使用的高階正交幅度調制(QAM)方案中，相噪是誤碼率的限制因素。高階調制方案具有較低的誤差矢量幅度(EVM)要求，EVM直接受到相噪的影響，理想狀態(tài)下的星座圖如圖2所示。

圖2高階調制理想星座圖

發(fā)射信號受到相噪影響，相位抖動會導致符號在原點周圍以圓形圖案滲透，星座圖開始旋轉(如圖3所示)，EVM值惡化，導致發(fā)射信號質量變差，影響整個系統(tǒng)的誤碼率。對于5G NR、wifi6和wifi7采用高階調制方案的高速通信系統(tǒng)， EVM要求越來越高，導致對參考頻率相位噪聲更加苛刻。

圖3相位噪聲對16QAM星座圖的影響

(2)發(fā)射機ACLR

發(fā)射機中相位噪聲表現(xiàn)不佳，將引起頻譜再生現(xiàn)象。這一現(xiàn)象在極端情況下會更加明顯，導致相鄰信道功率泄漏比(ACLR)超出技術規(guī)范規(guī)定的水平。

(3)接收機靈敏度

相位噪聲影響接收機的選擇性和靈敏度，對本振信號的相位噪聲要求也相應提升，以下說明相噪對接收機性能的影響。

假設接收器中的本振具有理想的頻率響應如圖4(a)所示，非理想的本振相位噪聲如圖4(d)所示。有用信號和干擾信號同時進入接收機，如圖4(b)和(e)所示。

當有用信號和干擾信號通過下變頻混頻器轉換為中頻信號時，如果本振信號完全沒有相位噪聲，那么通過濾波器可以高效地移除大部分干擾信號，如圖4(c)所示。然而，在實際應用中本振往往帶有相位噪聲。有用信號和干擾信號通過具有相位噪聲的本地下變頻時，結果將變?yōu)槿鐖D4(f)所示。由于本振的相位噪聲導致信號和干擾的頻率響應擴散，并且相互作用的頻率響應與信號頻率響應可能發(fā)生重疊。在這種情況下，使用模擬濾波器在射頻或濾除干擾信號變得非常困難，這也是本振的相位噪聲特性至關重要的原因。

圖4相位噪聲對接收機的影響

高性能射頻接收器

高性能射頻接收器的性能受相位噪聲和頻譜純度的影響。相位噪聲的質量直接關系到接收器接收和分辨微弱信號的精確度。若高性能射頻接收器在下變頻過程中產生的相位噪聲過大，會掩蓋主頻附近的微弱信號(圖5)，從而導致接收器難以捕捉并處理微弱的回波信號。相反，相位噪聲越低，回波就越鋒利，這將會極大提升接收器的性能。

圖5高性能射頻接收器相位噪聲對微弱信號的影響

精密測量

在工業(yè)自動化和精密測量系統(tǒng)中，精準的時序與頻率同步扮演著核心角色，對于保障系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性與精確度具有不可或缺的重要性。相位噪聲的存在，往往成為引發(fā)系統(tǒng)測量誤差及控制不穩(wěn)定的潛在因素。

在醫(yī)療設備領域的核磁共振成像(MRI)與超聲波系統(tǒng)等高精度診斷工具中，時鐘的微小抖動都可能對疾病的診斷與治療精確性產生影響。相位噪聲的干擾，可能會顯著降低成像的清晰度與數(shù)據的精確度，從而影響到決策的準確性。

為滿足特定領域對于極低相位噪聲的需求，大普技術推出了一系列高性能的超低相噪OCXO，通過創(chuàng)新的晶體設計實現(xiàn)超高Q值。此外，依托大普自主研發(fā)的高性能、高集成度OC-IC，大普對時鐘振蕩系統(tǒng)、驅動電路及電源管理進行了全面而精細的優(yōu)化，能夠提供輸出頻率信號在近端和遠端均展現(xiàn)出卓越相位噪聲性能的解決方案。

具體而言，大普技術的O23S系列超低相噪OCXO，在10Hz偏移頻率下，其近端相位噪聲可低至-145 dBc/Hz;而在100 kHz偏移頻率下，遠端相位噪聲低至-168 dBc/Hz。

圖6O23S-A445-10.00MHz-A相噪實測圖

持續(xù)追求更低相噪，更低功耗，更小封裝，更高穩(wěn)定度，是大普高穩(wěn)時鐘產品線不斷進步的核心驅動力。大普技術以自主研發(fā)的高性能時鐘集成電路(IC)及先進的補償算法為基石，構建完整的時鐘信號鏈解決方案，滿足客戶對于時鐘信號完整性和精準度的嚴苛要求。未來，大普技術將持續(xù)在降低相噪、提升穩(wěn)定度等方面不斷突破，推出更多創(chuàng)新產品!