Por qué el ruido de fase es crítico en los sistemas de comunicación

El ruido de fase puede ser detectado por un detector de fase. Esto significa que en un receptor de FM habrá más ruido audible cuando el osc local tenga ruido de fase porque el ruido de fase se demodula en el detector de FM. Los sistemas digitales que dependen de la información de fase experimentarán tasas de error más altas. Los sistemas AM que utilizan detección de envolvente son relativamente insensibles al ruido de fase. Si un transmisor tiene ruido de fase, su espectro puede extenderse más de lo previsto y extenderse a los canales adyacentes. El ruido de fase se puede considerar como una deriva a corto plazo. Los osciladores LC de la vieja escuela con válvulas tenían una terrible deriva a largo plazo pero un buen rendimiento de ruido de fase. Los sintetizadores tienen una deriva a largo plazo básicamente inexistente si el osc de referencia es bueno. Sin embargo, el ruido de fase puede ser muy malo. Si un VCO recibe ruido en su pin de voltaje de control, habrá mucho ruido de fase.

Para ADC/DAC , es bastante visual. Probemos una señal (imagen de wikipedia):

El punto en t=1 está en una parte de la forma de onda de alta velocidad de respuesta. El ruido de fase en su reloj es un concepto en el dominio de la frecuencia, que corresponde a la fluctuación en el dominio del tiempo. Jitter agrega ruido de tiempo al instante de muestreo.

Por lo tanto, aquí, nuestra señal en t=1 tiene un voltaje v y una velocidad de respuesta dv/dt.

Con "n" la cantidad de ruido en el dominio del tiempo (jitter), el instante de muestreo ahora es t = 1 + n

Por tanto, el valor adquirido es ahora v + n dv/dt

En otras palabras, la fluctuación de fase de muestreo introduce un ruido que es proporcional al producto de la fluctuación de fase y la velocidad de respuesta. Para los ADC rápidos con suficientes bits, el fabricante generalmente explicará en la hoja de datos que las especificaciones solo se cumplirán si el reloj tiene menos de un jitter específico.

divB publicó este gráfico en los comentarios, es bastante explícito:

Esto se ve agravado por el hecho de que solo puede obtener osciladores de cristal de bajo ruido de fase a frecuencias "bajas" (según los estándares actuales). Si necesita 1 GHz, se requerirá alguna multiplicación de PLL y, como menciona Tony Stewart, esto degrada el ruido de fase. Una explicación intuitiva de esto es que el PLL no puede eliminar la fluctuación en el dominio del tiempo en el reloj original fuera de su ancho de banda de filtro, por lo que esta fluctuación también está presente en la salida, pero es mayor en relación con el período más corto de la frecuencia más alta. señal de salida. Expresado en términos de ruido de fase, esto da la ecuación citada por Tony.

Otro: aquí está tu operador. Ignora la leyenda, esta es solo una imagen de la web a modo ilustrativo.

Digamos que recibe una señal y la multiplica con la portadora de frecuencia para demodularla. El espectro resultante es la convolución del espectro portador y el espectro de la señal recibida. Esto significa que los picos de ruido de dos fases a +/- 100 kHz de la portadora captarán el ruido en estas frecuencias y lo doblarán sobre la señal que realmente desea. Esto degrada la SNR, especialmente en modulaciones de múltiples portadoras cercanas.

El ruido de fase en dB suma 20 (log N) cuando la frecuencia se multiplica por N desde Xtal hasta PLL fout.

• Por ejemplo, derivar una señal de 1 GHz de 10 MHz aumentará el ruido de fase en 40 dB.

Incluso si el oscilador de 10 MHz tiene un piso de ruido de fase muy bajo de -175 dBc/Hz, por ejemplo, el piso más bajo posible a 1 GHz es -135 dBc/Hz, incluso antes de que se tenga en cuenta el ruido agregado por el multiplicador o PLL. cuenta.

Un XO de 10 MHz más barato a -125 dBc/Hz a 10 kHz de compensación multiplicado por un aumento de 40 dB a 1 GHz sería -85 dBc/Hz a 10 kHz de compensación en teoría.

Por lo general, los TCXO tienen el mismo ruido de fase que los XO que usan Xtals de corte AT, excepto que son piezas de compensación de temple de 20 ppm a 1 ppm o de 50 ppm a 2 o 3 ppm en un amplio rango de temperatura.

Pero los OCXO usan cristales de corte SC que tienen un Q de 100k~1M, en comparación con los Xtals de corte AT con Q=10k+, por lo que la estabilidad también se reduce de 20 ppm a 20 ppm.

Si bien le interesan los detalles específicos del ruido de fase, el otro requisito que podría cumplir un OCXO o TXCO es un requisito de error de frecuencia absoluto. Los enlaces satelitales para órbitas LEO/MEO crearán un desplazamiento Doppler debido a la velocidad relativa del receptor y el transmisor. mantener un oscilador de referencia preciso en términos de desplazamiento de frecuencia de PPM puede ayudar con un presupuesto de error de frecuencia.

Las radios de seguridad, utilizadas por los bomberos y la policía, deben cooperar en el lugar. Esta cooperación requiere que el ruido de fase del transmisor no pierda la detección del receptor de otro usuario; de ahí el requisito de -150dBc/rtHz con un desplazamiento de 10KHz.

Si quiere decir que el ruido de fase integrado, en un ancho de banda de 10 KHz, sea -150 dBc/rtHz, es probable que esto sea necesario debido a la multiplicación de frecuencia de 10 MHz a 20 000 MHz (portadora de 20 GHz hacia/desde los satélites) con el requisito (como en el primer párrafo) para no perder el sentido de los usuarios en los canales adyacentes.