電源調(diào)制比理論了解一下

電源調(diào)制比理論相信大家應(yīng)該都不陌生吧!多雷達(dá)系統(tǒng)要求低相位噪聲以最大限度抑制雜波。高性能雷達(dá)需要特別關(guān)注相位噪聲，導(dǎo)致在降低頻率合成器的相位噪聲和表征頻率合成器部件的相位噪聲方面投入了大量的設(shè)計(jì)資源。

大家知道，為實(shí)現(xiàn)低相位噪聲性能，尤其是超低相位噪聲性能，必須使用低噪聲電源才能達(dá)到最佳性能。但文獻(xiàn)上沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明如何通過(guò)一種系統(tǒng)化方法來(lái)量化電源噪聲電壓電平對(duì)相位噪聲的影響。本文旨在改變這種狀況。

本文提出了電源調(diào)制比(PSMR)理論，用來(lái)衡量電源缺陷如何被調(diào)制到 RF 載波上。通過(guò)電源噪聲對(duì) RF 放大器相位噪聲的貢獻(xiàn)來(lái)驗(yàn)證這一理論;測(cè)量結(jié)果表明，可以計(jì)算并且相當(dāng)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)該貢獻(xiàn)?；诖私Y(jié)果，本文還討論了描述電源特性的系統(tǒng)化方法。

導(dǎo)言和定義

電源調(diào)制比與眾所周知的電源抑制比(PSRR)相似，但有一個(gè)關(guān)鍵不同點(diǎn)。PSRR 衡量電源缺陷直接耦合到器件輸出的程度。PSMR 衡量電源缺陷(紋波和噪聲)如何被調(diào)制到 RF 載波上。

下面的"原理"部分引入了一個(gè)將 PSMR 與電源缺陷相關(guān)聯(lián)的傳遞函數(shù) H(s)，用以定量地說(shuō)明電源缺陷如何被調(diào)制到載波上。H(s)具有幅度和相位兩個(gè)分量，可以隨著頻率和器件工作條件而變化。盡管變量很多，但一旦確定其特征，便可以利用電源調(diào)制比并根據(jù)電源數(shù)據(jù)手冊(cè)中的紋波和噪聲規(guī)格來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電源的相位噪聲和雜散貢獻(xiàn)。

原理

考慮用于 RF 器件的直流電源上的紋波。電源紋波用一個(gè)正弦波信號(hào)來(lái)模擬，其峰峰值電壓以直流輸出為中心。該正弦波被調(diào)制到 RF 載波上，在等于正弦波頻率的頻率偏移處產(chǎn)生雜散信號(hào)。

圖 1. 電源上的正弦波紋波調(diào)制到 RF 載波上產(chǎn)生雜散信號(hào)

雜散水平與正弦波幅度和 RF 電路靈敏度均有關(guān)系。雜散信號(hào)可以進(jìn)一步分解為幅度調(diào)制分量和相位調(diào)制分量。總雜散功率水平等于幅度調(diào)制(AM)分量的雜散功率加上相位調(diào)制(PM)分量的雜散功率。

對(duì)于這里的討論，H(s)是從電源缺陷到 RF 載波上的干擾調(diào)制項(xiàng)的傳遞函數(shù)。H(s)同樣有 AM 和 PM 兩個(gè)分量。H(s)的 AM 分量是 Hm (s)，H(s)的 PM 分量是 H? (s)。以下等式利用 H(s)進(jìn)行實(shí)際 RF 測(cè)量，假設(shè)低電平調(diào)制可用來(lái)模擬電源對(duì) RF 載波的影響。

信號(hào)的幅度調(diào)制可以寫成

幅度調(diào)制分量 m(t)可以寫成

其中 fm 是調(diào)制頻率

RF 載波的 AM 調(diào)制電平可以直接與電源紋波相關(guān)，關(guān)系式如下：

vrms 是電源電壓的交流分量的均方根值。等式 3 是關(guān)鍵等式，它提供了一種計(jì)算電源紋波引起的 RF 載波 AM 調(diào)制的機(jī)制。

雜散電平可以通過(guò)幅度調(diào)制來(lái)計(jì)算

類似地可以寫出電源對(duì)相位調(diào)制的影響。相位調(diào)制信號(hào)為

相位調(diào)制項(xiàng)為

同樣，相位調(diào)制可以直接與電源相關(guān)，關(guān)系式如下：

等式 7 是提供了一種計(jì)算電源紋波引起的 RF 載波 PM 調(diào)制的機(jī)制。相位調(diào)制引起的雜散電平為

為了幫助可視化 mrms 和?rms 的雜散影響，圖 2 顯示了雜散電平與 mrms 和?rms 的關(guān)系。

圖 2. 雜散電平與 mrms 和?rms 的關(guān)系

總結(jié)一下上面的討論，電源上的紋波轉(zhuǎn)換為電源電壓交流項(xiàng)的 均方根電壓 vrms 的調(diào)制項(xiàng) mrms 和?rms。Hm (s)和 H? (s)分別是從 vrms 到 mrms 和?rms 的傳遞函數(shù)。

現(xiàn)在考慮相位噪聲。正如正弦波調(diào)制到載波上產(chǎn)生雜散信號(hào)一樣，1/f 電壓噪聲密度也會(huì)調(diào)制到載波上產(chǎn)生相位噪聲。

圖 3. 電源上的 1/f 噪聲調(diào)制到 RF 載波上產(chǎn)生相位噪聲。

同樣，如果我們考慮一個(gè)具有相位調(diào)制的信號(hào) x(t)，那么

在這種情況下，?(t )是一個(gè)噪聲項(xiàng)。

功率譜密度定義為

相位噪聲依據(jù)功率譜密度來(lái)定義

接下來(lái)，對(duì)于電源紋波引起的相位調(diào)制所產(chǎn)生的雜散，將同樣的 H? (s)應(yīng)用于相位噪聲。 在這種情況下，H? (s)用于計(jì)算電源上 1/f 噪聲產(chǎn)生的相位噪聲。