一种高灵敏度的相位噪声测量方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测试技术领域，具体涉及一种高灵敏度的相位噪声测量方法及装置。
【背景技术】
[0002] 相位噪声是衡量频率源短期稳定度的重要指标，电子系统中频率源的相位噪声指 标对装备的性能有着重要影响，例如雷达T/R组件中本振的相位噪声会影响雷达目标探测 距离，接收机本振的相位噪声会影响接收机的测量灵敏度，通信系统中载波信号的相位噪 声会影响误码率等等。为了提升电子系统的性能频率源的相位噪声指标越来越低，特别是 一些高性能的高稳晶体振荡器，IOMHz载波频率时IkHz频偏处的相位噪声已达到-160dBc/ Hz，这就对相位噪声测试系统的测量灵敏度提出了越来越高的要求。
[0003] 目前主流的相位噪声测试系统大体可以分为两类：一类是以Agilent公司E5052B 为代表的相位噪声测试系统，它首先通过鉴频或鉴相的方式来提取被测源的相位噪声，然 后通过高速ADC来采样提取出的相位噪声，最后通过基带功率谱分析和数值处理给出相 位噪声测试结果，该系统的实现方案与本发明较为相近，稍后将进一步说明；另一类是以 Symmetricom公司TSC5120为代表的相位噪声测试系统，它是一种全数字的相位噪声测试 技术，直接对被测源进行高速AD采样，然后通过数字解调技术来提取瞬时相位，最后通过 基带功率谱分析给出测试结果。两种方案相比，第二种方案虽然实现简洁、测试速度快，可 以实现较高的近端相位噪声测量灵敏度，但是适用范围窄（测量信号的载波频率不能大于 1/2采样频率），因此目前第一种方案应用和推广情况更好。
[0004] 如图1所示，为E5052相位噪声测量实现方案框图，被测源（DUT)经功分送两路平 衡的测量通道，在平衡通道内首先与本振同频正交鉴相，鉴相输出为被测源的相位噪声，同 时也叠加了内部本振的相位噪声，当内部本振的相位噪声指标优于被测源IOdB以上时，内 部本振叠加的相位噪声可以忽略；经低通滤波和可控增益放大之后，将相位噪声控制在AD 采集的合适动态范围之内，可控增益单元能够有效提高该方案的测量灵敏度；为了进一步 提高该方案的相位噪声测量灵敏度，通过对两路平衡通道的测量数据做互相关运算，可以 抵消系统内部两路通道不相关的叠加噪声，包括本振、放大器和部分量化噪声等，从而可以 实现较高的相位噪声测量灵敏度。
[0005] 该矢量调制误差模拟校准方法至少存在如下问题：
[0006] 1、采用鉴相法测量相位噪声需要系统内部提供参考本振，系统的相位噪声测量灵 敏度很大程度取决于参考本振的指标；为了实现较高的相位噪声测量灵敏度，对参考本振 的相位噪声指标要求极高，这也决定了该方案不仅组成复杂、而且实现成本也很昂贵。
[0007] 2、采用鉴相法测量相位噪声的实现过程也比较复杂，每次都需要预先测量鉴相常 数（本振与被测源频率相差IMHz左右，测量差频信号幅度），然后测量鉴相后的噪声电压， 最后经数据处理给出测试结果；为了保证测量过程中环路稳定需要预留一段锁相时间，因 此整个测量时间也较长。
[0008] 3、相位噪声的量化动态范围由AD转化位数决定，目前高速ADC的转化位数最多就 14或16位，对应相位的相对分辨率小于1/100000 ;杂散和低相位噪声测量不能兼顾，而且 杂散噪声会影响相位噪声测量灵敏度，有杂散时为了保证测量准确可控增益单元增益不会 太大，这样就会降低系统的相位噪声测量灵敏度。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是提供一种高灵敏度的相位噪声测量方法及装置，以满足高性能振 荡器和频率合成器对相位噪声的测试需求。
[0010] 为达上述目的，一方面，本发明提供了一种高灵敏度的相位噪声测量方法，包括：
[0011] 对被测信号进行精确功率测量，得到被测信号的精确功率值；
[0012] 对被测信号进行等间隔的连续频率测量，得到连续的频率测量值；
[0013] 根据所述被测信号的精确功率值以及所述连续的频率测量值，计算得到单边带功 率谱密度。
[0014] 另一方面，本发明提供了一种高灵敏度的相位噪声测量装置，包括：
[0015] 功率测量单元，用于对被测信号进行精确功率测量，得到被测信号的精确功率 值；
[0016] 连续频率测量单元，用于对被测信号进行等间隔的连续频率测量，得到连续的频 率测量值；
[0017] 数据处理单元，用于根据所述被测信号的精确功率值以及所述连续的频率测量 值，计算得到单边带功率谱密度。
[0018] 本发明能够达到以下有益效果：
[0019] 本发明采用连续测量频率的方式来实现相位噪声测量，在分析频偏范围不超IMHz 时，本发明能够实现更高的相位噪声测量灵敏度；特别是在IHz~IOOkHz分析频偏范围内 具有更加优异的相位噪声测量灵敏度，更适合于测量高稳晶体振荡器的相位噪声。
[0020] 2、本发明无需锁相过程、采集的数据量更小，因此本发明具有更快的测量速度。在 默认设置参数下分析IHz~4MHz频偏范围内的相位噪声，本发明的测试过程只需要3秒， E5052同样参数需要13秒。
[0021] 3、本发明的实现方案更加简洁、系统构成简单，对技术门槛的要求不高、实现成本 低，本发明装置具有一定的性价比优势。
【附图说明】
[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0023] 图1是E5052相位噪声测量实现方案框图；
[0024] 图2是本发明实施例一，一种高灵敏度的相位噪声测量方法的流程图；
[0025] 图3是本发明实施例二一种高灵敏度的相位噪声测量装置的结构图；
[0026] 图4是本发明中，功率测量单元的实现框图；
[0027] 图5是本发明中，连续频率测量单元的实现框图；
[0028] 图6是本发明中，连续测频单元的工作时序图。
【具体实施方式】
[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030] 实施例一
[0031] 如图2所示，为本发明实施例一，一种高灵敏度的相位噪声测量方法的流程图，如 图所示，包括：
[0032] 步骤201，对被测信号进行精确功率测量，得到被测信号的精确功率值；
[0033] 步骤202,对被测信号进行等间隔的连续频率测量，得到连续的频率测量值；
[0034] 步骤203,根据所述被测信号的精确功率值以及所述连续的频率测量值，计算得到 单边带功率谱密度。
[0035] 其中，所述对被测信号进行精确功率测量，得到被测信号的精确载波功率值具体 包括：
[0036] 将所述被测信号进行有效值检波；
[0037] 检波信号经低通滤波器滤除载波和杂散分量；
[0038] 滤波后的检波信号通过对数放大器放大到AD最佳线性区；
[0039] 对放大后的检波信号进行AD采样得到检波电压V ;
[0040] 通过下式计算被测信号的精确功率值：
[0041] Pc= IOX log[ (V-Vci)Vr=-Pci，其中Vtl表示未加信号时的检波偏置，R表示输入阻 抗，其默认值为50欧姆，P tl是一个需要定标的校准常数，通过修正该校准常数以使P。与被 测信号的精确功率值一致。
[0042] 其中，所述对被测信号进行等间隔的连续频率测量，得到连续的频率测量值，具体 包括：
[0043] 根据所述被测信号的精确功率值，对所述被测信号进行功率调整，以使其满足同 步触发器和分频器的工作要求；
[0044] 通过被测信号来采原始闸门信号生成事件同步闸门，以使所述事件同步闸门对应 整数个被测信号，对应被测信号的个数记为M ;
[0045] 通过时钟信号来采事件同步闸门信号生成时间同步闸门，以使时间同步闸