相位噪聲是衡量振蕩器性能的核心指標，通常也被稱為相位抖動，其定義為在某一頻率偏移Δf處1Hz寬帶內的單邊噪聲信號積分功率和載波信號功率比值，相位噪聲示意見圖1。

圖1相位噪聲示意圖

相位噪聲的根源在于振蕩器內部頻率與相位的不穩定。為將相位噪聲降至最低水平，多數振蕩器使用精密的電路和控制技術。然而相位噪聲并不能完全消除，對于通信系統、高性能接收機以及精密測量等領域而言，其影響至關重要。

通信領域

現代通信系統傳輸速率高，對收發信機的指標提出了更高的要求，以下將從發射機和接收機兩個角度來闡述相位噪聲對收發信機的影響。

(1)發射機EVM

在WiFi或4G/5G蜂窩電信中使用的高階正交幅度調制(QAM)方案中，相噪是誤碼率的限制因素。高階調制方案具有較低的誤差矢量幅度(EVM)要求，EVM直接受到相噪的影響，理想狀態下的星座圖如圖2所示。

圖2高階調制理想星座圖

發射信號受到相噪影響，相位抖動會導致符號在原點周圍以圓形圖案滲透，星座圖開始旋轉(如圖3所示)，EVM值惡化，導致發射信號質量變差，影響整個系統的誤碼率。對于5G NR、wifi6和wifi7采用高階調制方案的高速通信系統， EVM要求越來越高，導致對參考頻率相位噪聲更加苛刻。

圖3相位噪聲對16QAM星座圖的影響

(2)發射機ACLR

發射機中相位噪聲表現不佳，將引起頻譜再生現象。這一現象在極端情況下會更加明顯，導致相鄰信道功率泄漏比(ACLR)超出技術規范規定的水平。

(3)接收機靈敏度

相位噪聲影響接收機的選擇性和靈敏度，對本振信號的相位噪聲要求也相應提升，以下說明相噪對接收機性能的影響。

假設接收器中的本振具有理想的頻率響應如圖4(a)所示，非理想的本振相位噪聲如圖4(d)所示。有用信號和干擾信號同時進入接收機，如圖4(b)和(e)所示。

當有用信號和干擾信號通過下變頻混頻器轉換為中頻信號時，如果本振信號完全沒有相位噪聲，那么通過濾波器可以高效地移除大部分干擾信號，如圖4(c)所示。然而，在實際應用中本振往往帶有相位噪聲。有用信號和干擾信號通過具有相位噪聲的本地下變頻時，結果將變為如圖4(f)所示。由于本振的相位噪聲導致信號和干擾的頻率響應擴散，并且相互作用的頻率響應與信號頻率響應可能發生重疊。在這種情況下，使用模擬濾波器在射頻或濾除干擾信號變得非常困難，這也是本振的相位噪聲特性至關重要的原因。

圖4相位噪聲對接收機的影響

高性能射頻接收器

高性能射頻接收器的性能受相位噪聲和頻譜純度的影響。相位噪聲的質量直接關系到接收器接收和分辨微弱信號的精確度。若高性能射頻接收器在下變頻過程中產生的相位噪聲過大，會掩蓋主頻附近的微弱信號(圖5)，從而導致接收器難以捕捉并處理微弱的回波信號。相反，相位噪聲越低，回波就越鋒利，這將會極大提升接收器的性能。

圖5高性能射頻接收器相位噪聲對微弱信號的影響

精密測量

在工業自動化和精密測量系統中，精準的時序與頻率同步扮演著核心角色，對于保障系統整體的穩定性與精確度具有不可或缺的重要性。相位噪聲的存在，往往成為引發系統測量誤差及控制不穩定的潛在因素。

在醫療設備領域的核磁共振成像(MRI)與超聲波系統等高精度診斷工具中，時鐘的微小抖動都可能對疾病的診斷與治療精確性產生影響。相位噪聲的干擾，可能會顯著降低成像的清晰度與數據的精確度，從而影響到決策的準確性。

為滿足特定領域對于極低相位噪聲的需求，大普技術推出了一系列高性能的超低相噪OCXO，通過創新的晶體設計實現超高Q值。此外，依托大普自主研發的高性能、高集成度OC-IC，大普對時鐘振蕩系統、驅動電路及電源管理進行了全面而精細的優化，能夠提供輸出頻率信號在近端和遠端均展現出卓越相位噪聲性能的解決方案。

具體而言，大普技術的O23S系列超低相噪OCXO，在10Hz偏移頻率下，其近端相位噪聲可低至-145 dBc/Hz;而在100 kHz偏移頻率下，遠端相位噪聲低至-168 dBc/Hz。

圖6O23S-A445-10.00MHz-A相噪實測圖

持續追求更低相噪，更低功耗，更小封裝，更高穩定度，是大普高穩時鐘產品線不斷進步的核心驅動力。大普技術以自主研發的高性能時鐘集成電路(IC)及先進的補償算法為基石，構建完整的時鐘信號鏈解決方案，滿足客戶對于時鐘信號完整性和精準度的嚴苛要求。未來，大普技術將持續在降低相噪、提升穩定度等方面不斷突破，推出更多創新產品!