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

Un detector de fase puede detectar el ruido de fase. Esto significa que en un receptor de FM habrá más ruido audible cuando el oscilador 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 mayores tasas de error. 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 allá del derrame previsto en canales adyacentes. El ruido de fase se puede considerar como una deriva a corto plazo. Los osciladores LC de válvulas de la vieja escuela tenían una deriva terrible a largo plazo pero un buen rendimiento de ruido de fase. Los sintetizadores tienen básicamente una desviación a largo plazo inexistente si la referencia osc es buena. 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. Vamos a muestrear una señal (imagen de wikipedia):

Elpuntoent=1estáenunapartedelaformadeondadealtavelocidaddegiro.Elruidodefaseensurelojesunconceptodedominiodefrecuencia,quecorrespondealjittereneldominiodetiempo.Jitterañaderuidodetiempoalinstantedemuestreo.

Porlotanto,aquí,nuestraseñalent=1tieneunvoltajevyunavelocidaddegirodv/dt.

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

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

En otras palabras, jitter de muestreo introduce ruido que es proporcional al producto de jitter y la tasa de matanza. Para ADCs 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:

Estoseveagravadoporelhechodequesolosepuedenobtenerosciladoresdecristalderuidodefasebajaenlasfrecuencias"bajas" (para los estándares actuales). Si necesita 1 GHz, se requerirá alguna multiplicación de PLL, y como lo menciona Tony Stewart, esto degrada el ruido de fase. Una explicación intuitiva de esto es que el PLL no puede eliminar la fluctuación del 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 transportista. Ignore la leyenda, esto es solo una imagen de la web como una ilustración.

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

El ruido de fase en dB se suma en 20 (registro N) cuando la frecuencia se multiplica por N desde el Xtal hasta el PLL f out.

• Por ejemplo, derivar una señal de 1 GHz desde 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 del ruido agregado por el multiplicador o PLL Se tiene en cuenta.

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

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

Pero los OCXO usan cristales de corte SC que tienen una 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 está interesado en los aspectos específicos del ruido de fase, el otro requisito que un OCXO o TXCO podría cumplir es un requisito de error de frecuencia absoluto. Los enlaces de satélite para las órbitas LEO / MEO crearán un cambio 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, necesitan cooperar en la escena. Esta cooperación requiere ruido de fase del transmisor para no detectar el receptor de otro usuario; por lo tanto, el requisito de -150dBc / rtHz a 10KHz de compensación.

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