1. تعریف نویز فاز

همانند تمامی مدارات آنالوگ نوسان‌ساز­ها نیز نسبت به منابع نویز موجود حساس هستند. نویزهای محیطی و نویز ادوات الکتریکی هم دامنه و هم فرکانس خروجی را تحت تاثیر می­ گذارد. نویز موجود در دامنه را با مکانیزم­ های محدود­­سازی می­توان از بین برد درحالی که نویز موجود در فاز را نمی­ توان با این روش کاهش داد. این نویز که با نام نویزفاز شناخته می­ شود، بعنوان نویز غالب بررسی می­ شود و از جمله پارامترهایی است که همواره به عنوان یک مشکل اساسی در طراحی مدارات مورد توجه طراحان بوده است[۱۷]-[۲۰]. برای یک نوسان‌ساز ایده­آل، خروجی را می­توان به صورت بیان کرد که در آن A دامنه نوسان، فرکانس نوسان و ثابت فاز است. در حوزه فرکانس طیف فرکانسی یک نوسان‌ساز ایده­آل همان­طور که در شکل (۲-۳۳الف) نشان داده شده است دو ضربه در دارد. در این حالت پریود نوسان ثابت است و نقاط گذر از صفر دقیقا در مضارب صحیحی از تناوب رخ می­دهد و در هیچ فرکانس دیگری انرژی ندارد. برای مثال اگر موج به یک فیلتر باند باریک با فرکانس مرکزی اعمال شود، برای خروجی صفر است.

درنوسان‌ساز­های واقعی، نویز موجود در مدار دوره تناوب نوسانات را بطور تصادفی تغییر می­دهد. همانند این است که در فرکانس غیر نوسان می­ کند، یعنی نقاط گذر از صفر در مضارب صحیحی از تناوب رخ نمی­دهد و طیف خروجی آن همان­طور که در شکل (۲-۳۳b) مشاهده می­ شود، حوالی ضربه­ی اصلی پوش­ دارد. بدین معنی که سیگنال در انرژی محدودی دارد.

الف

ب

(الف) طیف بدون نویز یک سیگنال سینوسی. (ب) اثر جیتر
به هرحال فرض می­ شود دامنه خروجی ثابت است و با نویز تغییری نمی­کند. بنابراین خروجی این نوسان‌ساز به صورت زیر است

که مولفه­ی تصادفی کوچک فاز با متوسط صفر است. در نقاط گذر از صفر:

بنابراین تناوب نوسان از یک پریود به پریود دیگر متغیر است.
کمیت نویز فاز نامیده می­ شود. چون خیلی کوچک است، خروجی را می­توان بصورت زیر تقریب زد

این رابطه نشان می­دهد که طیف خروجی دیگر ضربه­ نخواهد بود. طیف واقعی خروجی یک نوسان‌ساز کشیدگی[۲۱] هایی حول فرکانس حامل دارد که در شکل (۲-۳۴) نشان داده شده است.
طیف یک نوسان‌ساز واقعی
نویز فاز درواقع تغییرات فرکانس نوسان را بیان می­ کند و روش­های زیادی برای توصیف آن وجود دارد[۲۱]، ولی معمولا به صورت چگالی طیف توان[۲۲] نویز بیان می­ شود. نویز فاز خاصیتی است که خلوص طیفی نوسان‌ساز را مشخص می­ کند. برای نمونه، خروجی یک نوسان‌ساز LC باید یک سینوسی خالص باشد که روی فرکانس خاصی در حوزه­ فرکانس قرار گرفته است. اما در عمل، منابع نویزی در وجود دارند که می­توانند فرکانس خروجی را از مقدار و جایگاه ایده­آل خود منحرف و فرکانس­های ناخواسته­ دیگری نزدیک به فرکانس حامل ایجاد کنند. نویز فاز معمولا به عنوان نسبت ” توان نویز در یک آفست فرکانسی از فرکانس حامل به توان سیگنال حامل، در پهنای باند ۱Hz” بیان می­ شود.
به بیان ریاضی

که در آن : کل توان سیگنال و توان موجود در آفست فرکانسی از فرکانس حامل با پهنای باند ۱Hz است. (شکل (۲-۳۵)).

تعریف نویز فاز
نویز فاز عموماً بر حسب dB بیان می­ شود و واحدی که برای آن استفاده می­ شود dBc/Hz است که منظور از c در dBc « نسبت به سیگنال حامل» می­باشد.
مزیت این رابطه سادگی اندازه ­گیری آن است و از جمله معایب آن این است که این رابطه مجموع تغییرات فاز و دامنه را نشان می­دهد. هرچند مهم است تغییرات دامنه و نویز فاز بطور مجزا شناخته شود، زیرا هر یک رفتار متفاوتی در مدار دارند. بعنوان مثال اثر نویز دامنه را می­توان با مکانیزم­ های محدود سازی دامنه محدود کرد، ولی نویز موجود در فاز به سادگی از بین نمی­رود. بنابراین در بیشتر کاربرد­ها نویز موجود در فاز را نویز غالب شناخته و از آن با نام نویز فاز نام می­برند. برای بیان معنی­داری از نویز فاز، چگالی نویز و آفست فرکانسی باید ذکرشوند. بنابراین مدل‌هایی برای نویز فاز ارائه گردیده است که در ادامه به آنها اشاره می­ شود.

    1. مدل­های نویز فاز

فرایند تبدیل منابع نویز موجود در یک نوسان‌ساز به تغییرات تصادفی فاز آن دارای پیچیدگی­های زیادی می­باشد. تاکنون مدل­های مختلفی برای بیان نویز فاز ارائه شده است[۲۲]-[۲۴]. اما در حال حاضر طراحان فقط از دو مدل قابل درک­تر [۲۲] و [۲۳] برای توجیه این پدیده استفاده می­ کنند. به کمک این مدل­ها، نویز فاز یک نوسان‌ساز قبل از ساختن آن می ­تواند تخمین زده شود. همچنین این مدل­ها بینش طراح را برای طراحی نوسان‌ساز با نویز فاز کمتر افزایش می­ کند. چندین مدل برای نویز فاز نوسان‌ساز ­ها بیان شده است که در ادامه دو نوع برجسته­تر آن بررسی شده است.

  1. مدل لسون: یک مدل تجربی برای نویز فاز
موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...