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相位噪声和抖动的换算(Relationship between jitter and phase noise)

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https://www.maximintegrated.com/cn/app-notes/index.mvp/id/3359#内容上非常详尽地阐述了相关技术细节... 但是整体流程相当复杂

首先将抖动现象视为一个随机过程,时钟偏离理想边沿的时间间隔被视为一个随机变量

X

。显然这个随机过程的期望是0。即

E=0

抖动的定义是:J=igma_X=qrt{E}=qrt{E}。这个很科学,因为期望等于0,

如果抖动可以看成高斯分布,均方差

igma _X

是一个很好的度量。所以这种定义也叫均方差抖动。

基于帕塞瓦尔定理,在时域与频域之间具有相同的能量分布特征。因此,在将相位转换至能量计算的过程中

P=nt_{-nfty}^{+nfty}S_hi df

根据相位噪声的定义,相位噪声是偏离载波

f_c

频率

elta f

处功率和载波功率的比值。所以用相位噪声

L

来计算即

P=nt_{-nfty}^{+nfty}S *Ldf

如果作一个换元,或者直接从物理上也很容易看出,这个积分可以以

elta f

作为变量去积分

P=S_0nt_{-nfty}^{+nfty}Ldelta f

(载波功率作为一个常数提了出去)

如果用单边带定义,就是

P=2*S_0nt_{0}^{+nfty}Ldelta f

现在注意到,由于期望=0,所以
J=igma_X=qrt{E}

也是信号功率的期望,对于平稳随机过程,相当于这个随机过程的功率。

帕塞瓦尔定律告诉我们,

J

P

实质上是一个东西。

由于

J

在时间域上定义,

P

在相位域上定义。所以需要做一个转换。这个转换就是

X=elta t=rac{heta}{2i f_c}

表示这个抖动的时间也就是随机变量

X

,造成了载波的相位变化

heta

,且满足线性关系。

(这个假设比较自然,但是否严谨?还需要深入考察)

这就说明,

heta

也是个随机变量,且满足

heta=2i f_c X

到这里基本上结论就一目了然了。

heta

的功率和相位噪声功率满足帕塞瓦尔定理。两边同时开根号,即

(截图来自上面的Maxim3359应用笔记,此处L(f)单位为dBc)

至此看起来一切水到渠成,但注意到一个事情,就是载波功率

S_0

在表达式里面消失了。原因何在?原因在于,

heta

表示的功率对应的信号幅度是1,或者说

heta

也被归一化了。如果考虑实际的

heta

功率,就是S_0E

核心要点:掌握这一过程的关键是将抖动视为随机变量之后,并由此推导出该随机变量的期望值为零。这使得均方差与功率相等。

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