相位噪聲、抖動和艾倫偏差 –?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，因為相位噪聲限制了確定振蕩器當(dāng)前狀態(tài)和可預(yù)測性的能力。隨著時間的推移，具有良好的頻率精度是件好事，但信號的純度也很重要。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。

從直觀的角度來看，相位噪聲可能是可視化信號純度的最佳方式。如果您有一個 100 MHz的晶體振蕩器或其他頻率信號，那么您希望信號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，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際上是最好的低噪聲源，因為石英具有最高的“Q”或品質(zhì)因數(shù)。但在現(xiàn)實世界中，沒有一個頻率源是完美的。任何給定偏移（與載波的距離）的噪聲量均以 dBc/Hz為單位。

請記住，對于晶體振蕩器，相位噪聲很低。dBc/Hz刻度是對數(shù)的，因此一個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（Jitter）

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

在電信和其他數(shù)字應(yīng)用中，低抖動對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)中在給定時間段內(nèi)將錯過多少個運行周期的指標(biāo)。顯然，錯過的周期意味著錯過或損壞的數(shù)據(jù)。

一個完美的方波信號在每個周期中都是完全相同的時間段。抖動是衡量數(shù)字定時信號接近此定時完美的程度的指標(biāo)。由于主時鐘會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量和表征的抖動被視為遠(yuǎn)離載波頻率的 12 KHz至 20 MHz的所有相位抖動的積分。這一傳統(tǒng)沿用至今，至今仍是指定和測量大多數(shù)抖動的方式。

艾倫方差 (Allan variance)

最后，Allan方差是一種統(tǒng)計方法，可以對短期穩(wěn)定性進(jìn)行有意義的表征。使用中有一些不同的修改，也許最常見的是 Allan Deviation或 ADEV。雖然非常接近的相位噪聲是檢查信號短期穩(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)確和精確地測量單個的相位噪聲。因此，Allan Deviation涉及進(jìn)行許多此類測量，然后對數(shù)據(jù)集進(jìn)行統(tǒng)計分析，以有意義地表示信號的非常短期的穩(wěn)定性。