Ring Oscillator VCO

Блок Ring Oscillator VCO генерирует фазовый шум с помощью источника гауссовского шума и фильтра мерцаний.

При включении фазового шума фазовый шум рассчитывается на основе дисперсии стохастического процесса смещения периода относительно спектральной плотности на одной частоте. При заданных частоте колебаний , частоте смещения и однополосной спектральной плотности дисперсия смещения периода равна

Таким образом, за исключением фликкер-шума, необходимо смещение периода, полученное из некоррелированного случайного процесса с постоянной дисперсией. Это смещение периода генерируется источником гауссовского шума блока.

Для моделирования фликкер-шума фильтр мерцаний вносит дополнительный коэффициент усиления на низких частотах, вплоть до четырех порядков ниже сопряженной частоты фликкер-шума. Для увеличения спектральной плотности энергии с до фильтр мерцаний должен вносить коэффициент усиления по напряжению ниже сопряженной частоты, сохраняя при этом единичный коэффициент усиления выше сопряженной частоты. Для достижения этой цели фильтр мерцаний представляет собой рекурсивный цифровой фильтр с чередующейся последовательностью четырех полюсов и четырех нулей. Самый низкий нуль частоты на постоянный коэффициент выше самого низкого полюса частоты, следующий полюс более высокой частоты на тот же постоянный коэффициент выше самого низкого нуля частоты, и эта схема чередования полюсов и нулей сохраняется до конца последовательности. Постоянный коэффициент является функцией показателя степени фильтра мерцаний, причем для номинального случая фликкер-шума коэффициент равен квадратному корню из десяти.

Для минимизации численного шума в фильтре мерцаний частота дискретизации источника гауссовского шума и фильтра мерцаний ограничена 20-кратным значением максимальной частоты смещения фазового шума, указанной в техническом описании, если только эта частота дискретизации не сравнима или не превышает удвоенную частоту колебаний. Для частот смещения шума с более высокой фазовой характеристикой частота дискретизации ограничена удвоенной частотой колебаний.

Дисперсия источника гауссовского шума корректируется для компенсации разницы в частоте дискретизации источника шума и частоты колебаний генератора.

При отключении фазового шума дисперсия гауссовского шума обнуляется.

Указанные спектры фазового шума часто содержат артефакты измерений, которые не следует включать в модель самого ГУН. Хотя оценки параметров фазового шума часто близки к созданию адекватной физической модели, в некоторых случаях требуется оценка ситуации пользователем. Две распространенные проблемы — это минимальный уровень шума и полоса разрешения.

Иногда измеренный фазовый шум соответствует физической модели вплоть до частот, для которых фазовый шум может быть ниже минимального уровня шума измерения.

По всей видимости, минимальный уровень шума при измерении для набора технических данных составляет -140 дБн/Гц, а фазовый шум тестируемого устройства, вероятно, ниже этого минимального уровня при частотах смещения выше 100 МГц. В этом случае набор значений параметров, наилучшим образом соответствующих данным при смещениях более низких частот, вероятно, позволит получить более точную модель.

Иногда измеренный фазовый шум соответствует физической модели на всех уровнях, за исключением смещения самой низкой частоты.

Наиболее вероятной причиной такого результата является то, что полоса разрешения, используемая для измерения, была слишком широкой для получения точных результатов при смещении самой низкой частоты, в данном случае 30 кГц. Даже если несущая находилась вне полосы пропускания измерительного фильтра, энергия несущей, прошедшая через ограниченную полосу задерживания измерительного фильтра, была значительно больше энергии в полосе пропускания. В этом случае набор значений параметров, наилучшим образом соответствующих данным при смещениях более высоких частот, вероятно, позволит получить более точную модель.