Oscillatorfasbrus
Oscillatorer producerar olika nivåer av fasbrus , eller variationer från perfekt periodicitet. Ses som ett additivt brus ökar fasbruset vid frekvenser nära oscillationsfrekvensen eller dess övertoner. Med det additiva bruset nära svängningsfrekvensen kan det inte avlägsnas genom filtrering utan att även svängningssignalen tas bort.
Alla väldesignade olinjära oscillatorer har stabila gränscykler , vilket innebär att om den störs kommer oscillatorn naturligt att återgå till sin periodiska gränscykel. När den störs, reagerar oscillatorn genom att spiral tillbaka in i gränscykeln, men inte nödvändigtvis i samma fas. Detta beror på att oscillatorn är autonom ; den har ingen stabil tidsreferens. Fasen är fri att driva. Som ett resultat får varje störning av oscillatorn att fasen glider, vilket förklarar varför bruset som alstras av en oscillator övervägande är i fas.
Oscillatorspänningsbrus och fasbrusspektra
Det finns två olika sätt som vanligtvis används för att karakterisera brus i en oscillator. S φ är fasens spektrala täthet och Sv . är spänningens spektrala täthet Sv . innehåller både amplitud- och faskomponenter, men med oscillatorer dominerar fasbruset utom vid frekvenser långt från bärvågen och dess övertoner Sv först är direkt observerbar på en spektrumanalysator, medan S φ endast är observerbar om signalen passeras genom en fasdetektor. Ett annat mått på oscillatorbrus är L , som helt enkelt är Sv . normaliserat till effekten i grundtonen
Som t → ∞ driver oscillatorns fas utan gräns, och så S φ (Δ f ) → ∞ som Δ f → 0. Men även när fasen driver utan gräns, begränsas spänningsexkursionen av diametern på gränscykeln för oscillatorn. Därför, eftersom Δ f → 0 planar PSD för v ut, som visas i figur 3 (borttaget på grund av okänd upphovsrättsstatus) . Ju mer fasbrus, bredare linjebredd ( desto högre hörnfrekvens) och desto lägre signalamplitud inom linjebredden. Detta händer eftersom fasbruset inte påverkar den totala effekten i signalen, det påverkar bara dess distribution. Utan brus Sv . ( f ) en serie impulsfunktioner vid svängningsfrekvensens övertoner Med buller sprids impulsfunktionerna, blir fetare och kortare men behåller samma totala kraft.
Spänningsbruset Sv anses vara en liten signal utanför linjebredden och kan således förutsägas korrekt med småsignalanalyser. Omvänt är spänningsbruset inom linjebredden en stor signal (den är tillräckligt stor för att få kretsen att uppträda olinjärt) och kan inte förutsägas med småsignalanalyser. Sålunda är analys av småsignalbrus, såsom är tillgänglig från RF-simulatorer, endast giltig upp till hörnfrekvensen (den modellerar inte själva hörnet).
Oscillatorer och frekvenskorrelation
Med drivna cyklostationära system som har en stabil tidsreferens är korrelationen i frekvens en serie impulsfunktioner separerade med f o = 1/ T . Sålunda korreleras brus vid fi med f2 om f2 = fi + kfo , där k är ett heltal , och inte annars . Emellertid är den fas som produceras av oscillatorer som uppvisar fasbrus inte stabil. Och medan bruset som produceras av oscillatorer är korrelerat över frekvensen, är korrelationen inte en uppsättning impulser med lika mellanrum som det är med drivna system. Istället är korrelationen en uppsättning utsmetade impulser. Det vill säga, brus vid fi korreleras med f 2 om f 2 = f 1 + kf o , där k är nära att vara ett heltal .
Tekniskt sett är bruset som produceras av oscillatorer inte cyklostationärt. Denna distinktion blir endast signifikant när utsignalen från en oscillator jämförs med dess egen utsignal från det avlägsna förflutna. Detta kan till exempel inträffa i ett radarsystem där strömutgången från en oscillator kan blandas med den tidigare utgången efter att den fördröjts genom att resa till och från ett avlägset objekt. Det uppstår eftersom oscillatorns fas har drivit slumpmässigt under flygtiden. Om flygtiden är tillräckligt lång blir fasskillnaden mellan de två helt randomiserad och de två signalerna kan behandlas som om de är osynkrona. Således kan bruset i retursignalen tas som stationärt eftersom det är "icke-synkront" med LO, även om retursignalen och LO härrör från samma oscillator. Om flygtiden är mycket kort, så finns det ingen tid för fasskillnaden mellan de två att bli randomiserad och bruset behandlas som om det helt enkelt är cyklostationärt. Slutligen, om flygtiden är betydande men mindre än den tid det tar för oscillatorns fas att bli helt randomiserad, så är fasen endast delvis randomiserad. I detta fall måste man vara noga med att ta hänsyn till utsmetningen i korrelationsspektrumet som uppstår med oscillatorer.