对于高速DAC来说,相位噪声主要来自以下几个方面:时钟噪声、电源噪声,以及内部噪声与接口噪声。

时钟相位噪声的产生

DAC时钟是DAC中产生相位噪声的首要原因。时钟决定何时发送下一样本,故相位(或时序)中的任何噪声都会直接影响输出的相位噪声。

如上图所示,时钟对相位噪声的影响,可以视作各相继离散值与一个矩形函数相乘,其时序由时钟定义。

如上图所示,在频域中,乘法转换为卷积运算。结果,期望的频谱被时钟相位噪声所破坏。

信号频率与相位噪声

信号频率与时钟频率之比,相对于载波的噪声放大或缩小,信号频率每降低一半,噪声改进6 dB。为了证明这一点,下图是不同频率(5GHz、1GHz、500MHz)下,混入一个带有轻度100kHz相位偏移的调制时钟信号(精密受控),来模拟相位噪声,来看看信号频率与相位噪声的关系。

我们可以看到,从5GHz时钟到500MHz DAC输出观测20dB降幅,从500MHz输出到1GHz输出观测到6dB增幅。

降低DAC相位噪声

选择一个性能良好的晶振,对于处理相位噪声可以达到事半功倍的效果。

在Digi-Key中文技术论坛中,汇集了广大电子圈工程师日常所需的技术资源库,里面也有不少与晶振选型和降低DAC相位噪声相关的帖子,详情可以访问——电子元器件选型基础-晶振。

晶振可以分为有源晶振无源晶振两种,下表对两种晶振进行了比较:

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无源晶振

有源晶振

引脚

一般2个引脚

(可能会看见4个引脚的无源晶振封装,

但是一般只用到4个引脚中的2个)

一般4个及4个引脚以上

是否可以自己振动

自身无法振荡

需要外接起振电路

自身可以起振

包含起振电路

电压

电压可变,由外接电路决定

一般电压固定,信号质量好,比较稳定

实物图

无源晶振

有源晶振

原理图

对于不同类型晶振特点和典型应用的比较,下表中做了详细地分析:

晶振类型

特点

应用

标准晶体振荡器(XO)

最基本的一种是晶体振荡器

应用广泛

温度补偿振荡器(TCXO)

进行温度补偿,使得输出频率更加稳定

适用于环境温度变化较大的场合,动态环境的应用。如蜂窝电话,智能手机等

压控振荡器(VCXO)

输出频率由输入电压控制

常见于锁相环,混频器,讯号产生器等

恒温晶体振荡器(OCXO)

使晶体振荡器的温度保持恒定,从而使得输出频率更加稳定

常见于对于频率稳定性要求比较高的场合

综上所述,了解噪声发生的原因,我们才能对症下药。时钟噪声对于DAC相位噪声的影响很大,因此选择一个高精度的晶振可能是最简单可行的方案。

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