CN103226170B

CN103226170B - 用于测量残余相位噪声的系统

Info

Publication number: CN103226170B
Application number: CN201210590120.2A
Authority: CN
Inventors: 达拉·萨莉爱斯兰尼; 乔尔·P·杜恩斯莫尔
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2017-08-08
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: US10718804B2; US20130197848A1; CN103226170A

Abstract

本申请涉及用于测量残余相位噪声的系统。一种用于测量被测设备（DUT）的残余相位噪声的系统，包括第一信号源、第二信号源、第一接收器、第二接收器和处理器。第一信号源生成将被输入到DUT的第一信号作为激励信号，并提供与第一信号相位相干的第二信号。第二信号源接收第二信号并且基于第二信号生成参考信号，参考信号与激励信号相位相干。接收器响应于激励信号测量来自DUT的输出信号，接收器测量来自第二信号源的参考信号。处理器通过确定测量的输出信号和测量的参考信号之间的差值来在数学上抑制输出信号的载波，并且基于差值确定DUT的残余相位噪声。

Description

用于测量残余相位噪声的系统

技术领域

本申请涉及用于测量残余相位噪声的系统。

背景技术

残余的或附加性的相位噪声是由诸如放大器、混频器、变频器、乘法器等双端口被测设备（DUT）增加到输入信号的的噪声的度量。残余相位噪声测量源于相同的基本原理。组件受到正弦信号源的驱动，然后由该信号源产生的噪声被抵消，留下由该DUT产生的噪声。

图1是示出用于测量残余相位噪声的常规测试设置的简化方框图。

更具体地，图1描绘了常规的系统100，该系统包括用于生成激励信号的信号源110，激励信号由分离器115分成第一信号和第二信号。第一信号和第二信号是相位相干的，因为它们是由相同的信号源110提供的。第一信号在第一路径上被提供给DUT105，第一路径包括第一衰减器121和第二衰减器122。第二信号被提供到第二路径，第二路径包括用于将第二信号的相位相对于第一信号移动大约180度的机械移相器130。第一信号和第二信号在混频器140处相加，这在物理上消除了载波，留下由DUT105引入的残余相位噪声。例如，第一信号和第二信号被提供为混频器140的射频（RF）和本机振荡器（LO），产生在DC尽可能接近于零处输出的中频（IF）信号。

IF信号被低噪声放大器（LNA)150放大，并且被模拟-数字转换器（ADC）160转换为数字数据。然后可以使用低频频谱分析仪（未示出）来测量IF信号的DC为中心的频谱，从而以DC IF的指定跨度识别高于预定电平的寄生信号（例如残余相位噪声）。

常规的残余相位噪声测量技术具有各种缺点。例如，移相器130通常不会是宽频带的。因此，难以设计能够测量诸如宽频带放大器和转换器的宽频带设备上的残余相位噪声的测试系统。并且，对于可编程移相器存在较少选择，进一步使自动化系统的设计复杂化。

此外，常规的残余相位噪声测量技术要求混频器140（即，相位检测器）是双平衡混频器。也就是说，第一路径和第二路径提供分别驱动混频器140的LO端口和RF端口的信号，并且在混频器140的DC耦合的IF端口处进行基带分析。虽然混频器140因此可被用作相位检测器，但是这通常不是由厂商指定的应用，导致在定位适当部件时进行大量的反复试验。并且，混频器140的二极管选择、端口隔离和IF电路拓扑结构都会影响性能。最好在建议的功率条件下驱动混合器140，这通常意味着以大约13dBm驱动LO端口（对于指定在13dBm的混频器而言，通常以10到16dBm驱动LO），并且以低于LO端口大约5dB驱动混频器140的RF端口。在RF端口的较高功率电平提供了在测量上较强的灵敏度，但仅达到某个点。在较高的RF驱动电平下，混频器140可以增加另外的散粒噪声，最终掩蔽残余相位噪声测量。

常规的残余相位噪声测量技术进一步要求另外的校准步骤以将来自相位检测器（例如混频器140）的测量的Vrms与以dBm/Hz计的增加的噪声联系起来。并且，需要两个不同的相位检测器，即，用于确定正交的伏特计和基于基带FFT的检测器，来进行测量。因此，需要更有效的方式来确定残余相位噪声。

发明内容

在一代表性实施例中，用于测量被测设备（DUT）的残余相位噪声的系统包括第一信号源和第二信号源、第一接收器和第二接收器。第一信号源被配置成生成将被输入到所述DUT的第一信号作为激励信号并提供与第一信号相位相干的第二信号。第二信号源被配置成接收所述第二信号并且基于所述第二信号生成参考信号，所述参考信号与所述激励信号相位相干。第一接收器被配置成响应于激励信号来接收和测量来自所述DUT的输出信号。第二接收器被配置成接收和测量来自第二信号源的参考信号。处理器被配置成接收来自第一接收器的测量的输出信号和来自第二接收器的测量的参考信号，以通过确定所述测量的输出信号和所述测量的参考信号之间的差值来在数学上抑制和消除所述输出信号的载波，并且基于所述差值确定所述DUT的残余相位噪声。

在另一个代表性实施例中，计算机可读介质存储由处理器可执行的用于测量DUT的残余相位噪声的代码，所述DUT响应于激励信号提供输出信号。计算机可读介质包括接收代码，用于接收来自第一接收器的输出信号的测量值和来自第二接收器的参考信号的测量值，所述参考信号与所述输出信号相位相干；差值确定代码，用于基于接收的输出信号和参考信号的测量值来在数学上确定输出信号和参考信号之间的差值；以及确定代码，用于基于输出信号和参考信号之间的差值来确定DUT的残余相位噪声。

在另一个代表性实施例中，用于确定DUT的残余相位噪声的系统包括信号源、第一接收器和第二接收器以及处理器。信号源被配置成生成将被输入到DUT的激励信号。第一接收器被配置成接收和测量被输入到DUT的激励信号。第二接收器被配置成响应于激励信号来接收和测量来自所述DUT的输出信号。处理器被配置成接收来自第一接收器的测量的激励信号和来自第二接收器的测量的输出信号，以使用测量的激励信号和测量的输出信号来确定DUT的有效增益，基于DUT的有效增益和测量的激励信号的乘积来得确定DUT的理想输出信号，基于理想输出信号和输出信号之间的差值确定残余噪声功率，并通过将残余噪声功率归一化来确定残余相位噪声。

在另一个代表性实施例中，计算机可读介质存储由处理器可执行的用于测量DUT的残余相位噪声的代码，所述DUT响应于激励信号提供输出信号。计算机可读介质包括增益确定代码，用于响应于由信号源提供的并且输入到DUT的激励信号来确定DUT的有效增益；接收代码，用于从第一接收器接收激励信号的测量值和从第二接收器接收由DUT响应于激励信号而输出的输出信号的测量值；确定代码，用于基于DUT的有效增益和测量的激励信号的乘积来确定DUT的理想输出信号；噪声功率确定代码，用于基于理想输出信号和测量的输出信号之间的差值来确定残余噪声功率；以及相位噪声确定代码，用于基于残余噪声功率确定残余相位噪声。

附图说明

通过结合附图阅读下面的详细说明可以最佳地理解示例性的实施例。要强调的是各种特征不必按比例绘制。事实上，为了论述的清晰，尺寸被可以任意地增加或减小。在任何适当的和实际的情况下，相同的参考标记指代相同的元件。

图1是说明用于测量被测设备（DUT）的残余相位噪声的常规系统的简化方框图。

图2是根据一个代表性实施例的说明用于测量DUT的残余相位噪声的系统的简化方框图。

图3是根据一个代表性实施例的说明用于测量DUT的残余相位噪声的方法的流程图。

图4是根据一个代表性实施例的说明用于测量DUT的残余相位噪声的系统的简化方框图。

图5A和图5B是根据一个代表性实施例的示出所接收的输出信号的示例性的轨迹的显示器。

图6是根据另一个代表性实施例的说明用于测量DUT的残余相位噪声的系统的简化方框图。

图7是根据另一个代表性实施例的说明用于测量DUT的残余相位噪声的方法的流程图。

图8是根据另一个代表性实施例的说明用于测量DUT的残余相位噪声的系统的简化方框图。

图9是根据一个代表性实施例的示出用于实现无线电场景的仿真的示例性的计算机系统的功能方框图。

具体实施方式

在下面的详细说明中，为了说明而非限制的目的，阐述了公开了具体细节的示例性的实施例，以便提供对根据本教示的实施例的透彻理解。然而，对于受益于本公开的人将显而易见的是不脱离此处公开的具体细节的根据本教示的其他实施例仍在所附权利要求书的范围内。而且，可能省略了对公知设备和方法的说明，以便不模糊对示例性实施例的说明。这样的方法和设备在本教示的范围之内。

参照图2，系统200包括第一信号源201、第二信号源202和分离器210，分离器210将第一信号源202所生成的信号分成第一信号和第二信号。第一信号被输入到DUT205作为激励信号，并且DUT205响应于激励信号提供输出信号，指示DUT205的响应特性。与第一信号相位相干的第二信号被输入到第二信号源202作为驱动信号。第二信号源202被配置成基于第二信号生成参考信号，其中参考信号同样地与激励信号相位相干。第二信号源202进一步地能够动态地调整参考信号（其保持与激励信号的相位相干性）的相位和幅度。在替代实施例中，第一信号源201具有两个或多个用于提供第一信号和第二信号二者的输出端，第一信号和第二信号是完全相同并且相位相干的，从而消除对分离器210的需求。

系统200进一步包括第一接收器220、，第二接收器230和处理器250。第一接收器220被配置成从DUT205接收输出信号并且测量所述输出信号的至少相位和幅度（振幅）。第二接收器230被配置成从第二信号源202接收参考信号并且测量所述参考信号的至少相位和幅度。在各种实施例中，第一接收器220和第二接收器230基本上同时分别接收和测量所述输出信号和所述参考信号。

处理器250被配置成从第一接收器220和第二接收器230接收输出信号和参考信号的测量值，并且基于所述测量值比较输出信号和参考信号的相位和幅度。响应于所述比较，处理器250使第二信号源202调整参考信号的相位和幅度，使得参考信号的相位与输出信号的相位异相约180度，并且参考信号的幅度近似等于输出信号的幅度。

第一接收器220继续接收和测量输出信号，第二接收器230继续接收和测量（经调整的）参考信号。同样，处理器250继续接收输出信号和参考信号的测量值。处理器250进一步被配置成通过确定测量的输出信号和测量的参考信号之间的和来在数学上抑制或消除输出信号的载波。例如，处理器250可以将输出信号和参考信号相加，参考信号与输出信号异相约180度且在幅度基本上等于输出信号。剩余信号提供DUT205的残余相位噪声。

因为处理器250的操作是数学上的，因此不必在物理上将输出信号与另一个信号混合或者在物理上消除输出信号的载波以便检测残余相位噪声。这消除了对诸如混频器（例如混频器140）、放大器（例如LNA150）、转换器（例如模数转换器160）等各种信号处理组件的需求。确定测量的输出信号和测量的参考信号之间的差值有效地抑制了输出信号的载波，例如，消除大约50-60dB。

图3中描绘的各种操作可以由处理设备，诸如图2中的处理器250和/或以下参考图9论述的代表性控制器950的处理器921来完全或部分地实现。处理设备可以被包含在例如VNA或诸如矢量频谱分析仪或示波器的其它测量仪器中，或者可以是一个分开的设备。在各种替代实施例中，处理设备可以使用软件、固件、硬接线逻辑电路或其组合通过处理器、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其组合来实现。当使用处理器时，包括了存储器，用于存储允许其执行各种功能的可执行软件/固件和/或可执行代码。

参照图3，激励信号在方框S311中生成并被提供给DUT。激励信号包括处于载波频率的载波。在方框S312中生成与激励信号相位相干的参考信号。参考信号具有与激励信号相同的载波和载波频率。参考信号和激励信号之间的相位相干性可以通过许多方式来实现。例如，激励信号可以通过第一信号源（例如第一信号源201）生成并且被分成两个相位相干信号，其中一个信号是激励信号，另一个信号是参考信号或用于通过第二信号源（例如第二信号源202）生成。可替代地，第一信号源可具有用于同时生成第一信号和第二信号的多个输出，如以下参照图4所述。这可以是例如第一信号源是矢量网络分析仪（VNA）（诸如例如可以从安捷伦科技有限公司（Agilent Technologies Inc.）获得的PNA N522xA网络分析仪或PNA-X N524xA网络分析仪）的两个内部信号源中的一个的情况，其中每个内部信号源均能够输出的两个或多个相位相干信号（但不能相对于另一个信号将其中一个信号移相）。第一信号是激励信号，而第二信号驱动生成参考信号的第二信号源。因为第二信号源受第二信号驱动，因此由第二信号源生成的参考信号是与第一信号（即，激励信号）相位相干的，然而参考信号可关于第一信号被独立地进行相位调整，因为第二信号源是与第一信号源是分开的。

在方框S313中，响应于方框S311中生成的激励信号从DUT接收输出信号。输出信号具有与激励信号（以及参考信号）相同的载波和载波频率。并且，输出信号指示例如当DUT是例如放大器、开关、过滤器等等时DUT的对激励信号的响应。在方框S314中测量输出信号和参考信号。可以使用专用接收器（例如第一接收器220和第二接收器230）来测量输出信号和参考信号，在这种情况下，这些测量可以基本上同时被执行。这些接收器可以是例如被配置在VNA内部的分开的接收器。

在方框S315中，基于输出信号的测量值来调整参考信号的相位和幅度。具体地，参考信号的相位被调整为使得该相位与输出信号异相约180度，参考信号的幅度被调整为基本上等于输出信号的幅度以在参考信号异相约180度时抑制（或消除）输出信号的载波。

在方框S316中，确定测量的输出信号和（经调整的）测量的参考信号之间的差值。该差值是通过例如处理器（例如处理器250）在数学上计算的，使得不发生输出信号和参考信号的物理混合。由DUT引入的残余相位噪声可以随后在方框S317中确定，其中残余相位噪声是由剩余信号提供。输出信号中的残余相位噪声在幅度上更接近被抑制的基本信号。也就是说，残余相位噪声可以比被抑制的基本信号在幅度上稍低、相同或者甚至更高，但是残余相位噪声是不变的，而且容易被识别和测量。

如上所述，在一个实施例中，激励信号可以由VNA的内部信号源提供，参考信号可以由受到与激励信号相位相干的信号驱动的外部信号发生器提供。可替代地，在VNA的配置允许的范围内，参考信号可以由VNA的例如类似地受激励信号驱动的另一个内部信源来提供。信号发生器/源的类型和位置可以不在脱离本教示的范围的情况下改变。并且，在一个替代实施例中，输出信号和参考信号可以由相同的接收器来调整以保证相应的频率和幅度相匹配并且相应的相位是相反的。

参照图4，系统400包括示例性的矢量网络分析仪（VNA）401以及信号发生器460，该矢量网络分析仪接收和处理来自DUT405的输出信号。VNA401具有四个测试端口，并且可以是例如可从安捷伦科技有限公司获得的PNA N522xA网络分析仪或PNA-X N524xA网络分析仪，信号发生器460可以是例如也可从安捷伦科技有限公司获得的MXG518xA信号发生器或PSG E82x7D信号发生器。图4描绘了一个示例性的实现方式，另外应理解的是可以使用任何类型的信号发生器和/或测量接收器（诸如双测试端口网络分析仪、矢量频谱分析仪、示波器等等）来实现各种组件和功能。

在所描绘的示例中，VNA401包括两个内部信号源，即，信号源407和信号源408，以及第一测试端口至第四测试端口411-414（每个端口具有多个连接）。第一至第四测试端口411-414各自使得能够连接到一个或多个内部接收器和耦合器，其中代表性接收器410、420、430和440以及相应的耦合器415、425、435和445被分别示出。如之前所述，信号源407和408各自具有被配置成输出相同的信号的两个输出端。来自信号源407或信号源408的两个信号是彼此相位相干的，但是它们的相对相位不能被改变。并且，由信号源407输出的信号与由信号源408输出的信号不是相位相干的。耦合器415、425、435和445可以是例如定向耦合器，尽管在不脱离本教示的范围的情况下可以并入用于移除和/或组合各种信号的其他设备。

为了论述的目的，假定VNA401的信号源407提供激励信号给DUT405的输入端并且提供驱动信号给用于生成参考信号的信号发生器460的输入端。换句话说，信号源407生成彼此完全相同且相位相干的第一信号和第二信号。第一信号是被输入到DUT405的激励信号，第二信号是被输入到信号发生器460的驱动信号。第一信号和第二信号中的每一个可以是包括相同载波的连续波（CW）信号。响应于第一（激励）信号由DUT405输出的输出信号同样地包括相同的载波以及响应于激励信号由DUT405引入的残余相位噪声，这在下文论述。在所描绘的示例中，第一信号经由第一测试端口411被输入到DUT405，第二信号经由第二测试端口412被注入到信号发生器460。

当然，在替代实施例中，信号源408可以生成激励信号和驱动信号。可替代地，相位相干的激励信号和驱动信号可以由一个外部信号发生器生成，该外部信号发生器具有如信号源407和408的两个输出端，或者该外部信号发生器具有连接到分离器的一个输出端，该分离器将生成的信号分离成相位相干的激励信号和驱动信号，如以上参照图2所述。

由DUT405输出的输出信号经由VNA401的第二测试端口412和耦合器425处的另一个连接被诸如代表性接收器420的内部接收器接收和采样。如果要求衰减，衰减器（未示出）可以被包括在DUT405和接收器420之间的信号通路内。接收器420能测量输出信号的特征，包括相位和幅度，所述输出信号指示DUT405对由信号源407提供的第一（激励）信号的响应。接收器420将测量值提供给控制器450。尽管被描绘为处于VNA401的内部，但应理解的是在不脱离本教示的范围的情况下，控制器450可以被包含在各种外部计算机处理设备、个人计算机（PC）、膝上型计算机、其他测试设备等中的任一个之中。同样，应理解的是，为了说明的目的标识了接收器420，并且在不脱离本教示的范围的情况下，输出信号可以经由相应的测试端口被任何其他的内部接收器接收和采样。

同时，信号发生器460响应于由信号源407提供的第二（驱动）信号生成参考信号。在一个实施例中，信号发生器460包括输入环路（未示出），这样使得信号发生器460所生成的与注入输入环路中的信号（例如第二信号）相同的载波频率的信号（例如参考信号）与所注入的信号相位相干。例如，可以从安捷伦科技有限公司获得的PSG E8267D信号发生器包括“HCC选项”，该选项使信号（例如第二信号）能够经由背板连接器被注入到两个环路之一，一个环路用于低于3.2GHz的信号，一个环路用于高于3.2GHz的信号。作为响应，由PSGE8267D信号发生器生成的与注入到环路的信号相同的载波频率的任何信号将与所注入的信号相位相干。

由信号发生器460输出的参考信号经由第三测试端口413和耦合器435被另一个内部接收器（如VNA401的代表性接收器430）接收和采样。接收器430能测量参考信号的特征，包括相位和幅度。接收器430提供测量值给控制器450。值得注意地，接收器420正在测量输出信号的同时，接收器430正在测量参考信号。应理解的是，为了说明的目的标识了接收器430，并且在不脱离本教示的范围的情况下，参考信号可以经由相应的测试端口由任何其他的内部接收器接收和采样。

控制器450接收参考信号测量值和输出信号测量值，并且在一个实施例中，可以在整个测试过程中连续地接收。控制器450使信号发生器460基于所接收的参考信号和输出信号的测量值来调整参考信号的相位和/或幅度。例如，参考信号的相位可被调整为使得该相位与输出信号异相约180度，参考信号的幅度被调整为基本上等于输出信号的幅度以在参考信号异相约180度时抑制（或消除）输出信号的基本信号。

信号发生器460可以在控制器450的控制下使用各种各样的方式来调整参考信号的相位和/或幅度。例如，信号发生器460可以包括IQ调制功能，使信号发生器460能够移动参考信号的相位和幅度。在这种情况下，信号发生器460从控制器450接收IQ文件，表示基于参考信号测量值和输出信号测量值的比较所要求的相位和/或幅度的偏移量。对于任何给定的相位角的IQ文件可以由控制器450实时生成，并使用能够发送例如SCPI命令的任何程序设计环境下载到信号发生器460。

在一个实施例中，为了调整参考信号的相位和/或幅度，控制器450确定分别由接收器420和接收器430提供的测量的输出信号和测量的参考信号的比例。控制器450使信号发生器460调整参考信号的相位和幅度，使得信号的相位是0度且信号的幅度是0dBm。

一旦信号发生器460将参考信号的相位调整了为与输出信号异相约180度，和/或将参考信号的幅度调整为基本上等于输出信号的幅度，在控制器450的控制下，就通过组合参考信号和输出信号将有效地抑制（或消除）载波。因此，控制器450测量结果频谱，确定由接收器420测量的输出信号和由接收器430测量的（经调整的）参考信号之间的差值。所述差值是由控制器450在数学上计算，避免了如上所述的物理地混合输出信号和参考信号的需要。由于180度相位差，因此确定差值可以包括将输出信号和参考信号相加。在抑制载波之后剩余的信号包括由DUT405引入的残余相位噪声。

值得注意地，可以调整参考信号的幅度和/或相位以抑制如上所述的输出信号的全部载波或仅仅载波的一部分。例如，当参考信号和输出信号具有相同的幅度并且彼此异相约180度时，输出信号的载波被完全地抑制或者消除。当然，在各种实施例中，可以依照要求来调整抑制水平。

一旦参考信号的相位和幅度已经被调整，并且输出信号的载波（以及相位噪声）的效应已经被在数学上移除，就可以由控制器450通过仅仅在输出信号的载波频率中心处的指定跨度上扫描接收器420和接收器430，同时保持CW频率固定来测量残余相位噪声。在一个使用例如PNA-X的实施例中，这可以通过频偏方式（FOM）来实现。扫描求平均可以提供残余相位噪声的改进的测量值。可替代地，在一个实施例中，控制器450可以响应于扫描而反复地确定由接收器420测量的输出信号和由接收器430测量的参考信号之间的多个差值。控制器450然后可以求这些差值的平均值并基于平均的差值确定DUT的残余相位噪声。

同样，在一个使用PNA-X的实施例中，使残余相位噪音的测量值是位于载波频率中心的跨度的两倍，测量两种信号边带，因为不能作出负边带沿正边带折叠的假定（如当使用利用常规技术的频谱分析仪进行测量时）。对于此测量值，接收器420的IF带宽（IFBW）应约为小于跨度的幅度。例如，1KHz的IFBW对于2MHz的跨度而言是足够的。一旦IFBW被选定，那么就必须设置频率点的数目，这样使得各点之间的间隔为IFBW的一半或者更小。例如，通过2MHz的跨度和1KHz的IFBW，点间隔应该小于500Hz，这意味着每个扫描中应有超过4001个点。

在一个替代实施例中，控制器450可以将参考信号和第一（激励）信号（与输出信号相对）相比较，用于调整参考信号的相位和幅度。在这种情况下，由信号源407输出的第一信号经由第一测试端口411和耦合器415（例如可以是定向耦合器）被另一个内部接收器（如VNA401的代表性接收器410）接收和采样。接收器410能测量包括相位和幅度的第一信号的特征。接收器410提供测量值给控制器450，控制器使信号发生器460调整参考信号的相位和幅度，这样使得参考信号的相位与第一信号的相位异相约180度并且参考信号的幅度基本上等于第一信号的幅度。

图5A和图5B是根据一个代表性实施例的示出所接收的输出信号的示例性的轨迹的显示器。具体地，图5A示出了没有抑制载波的情况下由DUT提供的输出信号的轨迹，图5B示出了使用图4中描绘的代表性系统400在抑制载波的情况下由DUT提供的输出信号的轨迹。

参照图5A，轨迹510表示由接收器（例如图4中的接收器420）接收的输出信号，其中还没有执行载波的抑制。在所描绘的示例中，载波具有大约8.0GHz的中心频率。如图5A所示，输出信号(例如，来自DUT405）的幅度为约-6dBm。

相比之下，图5B中的轨迹520表示由接收器（例如接收器420）接收的输出信号，其中根据一个代表性实施例，载波抑制已经被执行。例如，控制器450已经使用由信号发生器460提供的相位相干的参考信号在数学上消除了输出信号中的载波，如上所述。在所描绘的示例中，输出信号（例如来自DUT405）的幅度此时为大约-66dBm，指示大约60dB的载波抑制。由轨迹520指示的剩余信号提供由DUT405引入的残余相位噪声。

图6是根据一个代表性实施例的说明用于测量DUT的残余相位噪声的系统的简化方框图。图6中描绘的系统依赖于相同的在数学上从DUT的输出信号中移除输入载波及其相位噪声的原理，使得残留信号是由DUT加入的噪声。然而，图6中描绘的系统不需要两个相干信号，而是提供一个信号发生器，意味着测量分别在DUT的输入端和输出端入射的电压信号和发射的电压信号。

参照图6，系统600包括信号源601、第一接收器620、第二接收器630和处理器650。信号源601生成输入到DUT605的激励，并且DUT605响应于激励信号提供输出信号，指示DUT605的响应特性。第一接收器620被配置成接收激励信号并且测量所述激励信号的至少相位和幅度。第二接收器630被配置成从DUT605接收输出信号并且测量所述输出信号的至少相位和幅度。在各种实施例中，第一接收器620和第二接收器630基本上同时分别接收和测量激励信号和输出信号。

处理器650被配置成从第一接收器和第二接收器620、630接收激励信号和输出信号，并且通过参照图3论述的确定所测量的输出信号和理想的输出信号之间的差值在数学上抑制或消除输出信号的载波，留下由DUT引入的残余相位噪声。

更具体地，在所描绘的实施例中，第一接收器620和第二接收器630用于确定DUT605的有效增益。这可以通过执行扫描频率测量来实现，其中信号源201、第一接收器620和第二接收器630在整个有关频率跨度上扫描，该频率跨度被设置为最终残余相位噪声测量值的跨度的大约两倍。激励信号的载波频率位于所述跨度的中心。处理器650然后能够例如通过测量正向增益S参数S₂₁（作为输出信号和激励信号的比值）来确定由DUT605引起的有效增益（相位和幅度的变化）。

然后测量激励信号和输出信号的相应功率谱。例如，第一接收器和第二接收器620和630可以用来通过扫描整个频率跨度，同时使信号源601在中心频率处保持不变来分别测量激励信号和输出信号。通过这些测量值，处理器650能够计算“理想的”输出信号，该信号是在DUT605没有引入残余相位噪声（及其他非线性）的情况下所测量的输出信号。例如，理想输出信号可以通过将测量的激励信号乘以先前确定的DUT605的正向增益S参数S₂₁来确定。处理器650能够通过有效地从测量的输出信号中减去理想输出信号来计算残余噪声功率。处理器650可以使用已知的归一化技术来归一化残余噪声的频谱以获得残余相位噪声，以下参照图7论述了其中的一个示例。

处理器650的操作是数学的，因此不必在物理上将输出信号与另一个信号混合或者在物理上消除输出信号的载波以检测残余相位噪声。这如上所述地消除了对诸如混频器（例如混频器140）、放大器（例如LNA150）、转换器（例如ADC160）等各种信号处理组件的需求。

图7是根据一个代表性实施例的说明用于测量DUT的残余相位噪声的方法的流程图。

图7中描绘的各种操作可以由处理设备，诸如图6中的处理器650和/或以下参考图9论述的代表性控制器950中的处理器921来完全或部分地实现。该处理设备可以被包含在例如VNA或诸如矢量频谱分析仪或示波器的其它测量仪器中，或者可以是有关分开的设备。在各种替代实施例中，处理设备可以使用软件、固件、硬接线逻辑电路或其组合通过处理器、ASIC、FPGA或其组合来实现。当使用处理器时，包括了用于存储允许其执行各种功能的可执行软件/固件和/或可执行代码的存储器。

参照图7，激励信号在方框S711中生成并被提供给DUT。激励信号包括处于载波频率的载波。在方框S712中，响应于施加激励信号来确定DUT的有效增益。有效增益可以被确定为正向增益S参数S₂₁，这个参数是由相应的接收器（例如分别由第二630和第一接收器620）测量的来自DUT的输出信号和激励信号的比值。如上所述，为了确定正向增益S参数S₂₁，利用跨度的中心处的有关载波频率来执行扫描频率测量，所述跨度被设置为最终残余相位噪声测量的有关跨度的两倍。

在方框S713中测量被输入到DUT的激励信号（可以被称作a1）的功率谱，在方框S714中测量从DUT输出的输出信号（可以被称作b2）的功率谱，两者都是被校正的。可以使用专用接收器（例如第一接收器620和第二接收器630）测量激励信号和输出信号，在这种情况下，这些测量基本上可以被同时执行。接收器可以是例如被配置在VNA内部的分开的接收器。功率谱测量是在不扫描所生成的激励信号的情况下进行，以便测量实际的激励信号和实际的输出信号。也就是说，信号源被维持在激励信号的载波频率。激励信号和输出信号两者是相位相干的，因为它们是由相同的信号源生成的。通常，输出信号是由DUT放大和延迟的激励信号。输出信号还包含由DUT加入的相位噪声的效应（及其他非线性效应）。

通常，考虑到激励信号和输出信号之间的这种关系，如果激励信号和输出信号一样被延迟和放大(由相位和幅度的变化来指示)，激励信号将代表“理想的”输出信号，因为激励信号将是没有相位噪声的输出信号。然后，如上所述，通过从测量的输出信号中减去理想的输出信号，剩余信号将是DUT的附加性噪声功率。因此，通过例如将激励信号a1乘以方框S712中确定的正向增益S参数S₂₁来在方框S715中确定理想输出信号（可以被称作b2’）的功率谱。

在方框S716中，基于在方框S715中确定的理想输出信号和在方框S714中测量的输出信号之间的差值来确定残余噪声功率。如上所述，正向增益S参数S₂₁包含关于DUT的相位和幅度两种信息。因此，可以使用等式（1）来确定残余噪声功率，其中a1指示在方框S713中测量的实际激励信号，b2指示在方框S714中测量的实际输出信号，a1和S₂₁的乘积指示在方框S715中确定的理想输出信号（b2’）。

基于在方框S716中确定的残余噪声功率在方框S717中确定残余相位噪声。例如，可以使用等式（2）来归一化并以dBc/Hz表达残余噪声功率，其中IFBW是被配置成接收输出信号的接收器（例如第二接收器630）的IF带宽：

Residual Phase Noise=Noise Power-10 X log₁₀IFBW-20 X log₁₀|b2|_@carrierf _req (2)

包括确定理想输出信号、残余噪声功率和残余相位噪声的各种计算是由处理设备（例如处理器650）执行的。

图8是根据一个代表性实施例的说明用于测量DUT的残余相位噪声的系统的简化方框图。

参照图8，系统800包括示例性的VNA401，其与以上在图4中描绘的VNA401基本上相同。VNA401可以是例如可以从安捷伦科技有限公司获得的PNA N522xA网络分析仪或PNA-XN524xA网络分析仪。图8描绘了一个示例性的实现方式，另外应理解的是各种组件和功能可以使用任何类型的信号发生器和/或测量接收器（诸如两个测试端口的网络分析仪、矢量频谱分析仪、示波器等等）来实现。

为了论述的目的，假定VNA401的信号源407提供激励信号给DUT405的输入端，虽然信号源408也能够提供激励信号。由DUT405响应于激励信号而输出的输出信号包括与激励信号相同的载波以及由DUT405响应于激励信号而引入的残余相位噪声，这在以下加以论述。当然，在替代实施例中，信号源408可以生成激励信号和驱动信号。

在所描绘的示例中，激励信号经由第一测试端口411被输入到DUT405并且经由耦合器415被接收器410测量。由DUT405输出的输出信号经由第二测试端口412和耦合器425被接收器420接收和测量。如果要求衰减，衰减器（未示出）可以被包含在DUT405和接收器420之间的信号通路内。接收器410和420因此能分别测量激励信号和输出信号的特征，包括相位和幅度。如上所述，输出信号指示DUT405对由信号源407提供的激励信号的响应。接收器410和420提供相应的测量值给控制器450。应理解的是，为了说明的目的标识了接收器410和420，并且在不脱离本教示的范围的情况下激励信号和输出信号可以经由相应的测试端口被任何其他的（一个或多个）内部接收器接收和采样。

使用所描绘的配置中的VNA401的信道1，利用跨度的中心处的激励信号的有关载波频率来设置扫描频率测量，其中所述跨度被设置为用于最终残余相位噪声测量的有关跨度的两倍。在频道1中设置正向增益S参数S21的轨迹，并且在DUT405的端口参考平面上执行标准双端口S参数和源/接收器功率校准。通过该校准，测量校正的S参数S₂₁以便确定DUT405的实际增益。因为S₂₁是b2和a1的比值，其中a1是DUT的输入端的激励信号（入射波），b2是来自DUT405的输出信号（发射波），因此通过校准还提供了校正的a1功率和b2功率。

同时，为了测量激励信号（a1）和输出信号（b2）的相应功率谱，与信道1类似地设置VNA401的信道2。使用对于信道1所获得的相同的校正，FOM被打开，第一测试端口411上的信号源407被设置为跨度的中心的CW频率。允许接收器410和420扫描信道2的整个跨度。因此，在信道2中测量a1信号和b2信号（两者都是被校正的），其中a1信号和b2信号是相位相干的，因为它们由相同的信号源407生成。如上所述，b2信号是由DUT405放大和延迟的a1信号，b2信号包含由DUT405加入的任何相位噪声效应及其他非线性效应。为将由非线性效应造成的误差最小化，调整a1信号的电平，使得DUT405在其运行的线性区内很好地运行。考虑到a1信号和b2信号之间的这种关系，如果a1信号和b2信号一样被放大和延迟，然后被从b2信号中减掉，那么剩余信号将是DUT405的附加性噪声功率。

已在信道1中测量正向增益S参数S₂₁，其包含关于DUT405的放大和延迟两种信息。因此，控制器850能例如使用上面的等式（1）使用正向增益S参数S₂₁和分别由接收器410和420测量的a1信号和b2信号来计算残余噪声功率。控制器850也能通过例如使用以上等式（2）归一化残余噪声功率来计算相应的残余相位噪声。

图9是根据一个代表性实施例的示出执行用于测量由DUT输出的信号中的残余相位噪声的全部处理或者部分处理的示例性控制器950的功能方框图。控制器950可以执行例如以上参照图2、图4、图6和图8所述的处理器250、650和控制器450、850的各种功能。控制器950中示出的各种“部件”可以使用软件控制的微处理器（例如处理器921）、硬接线逻辑电路、固件或其组合在物理上实现。而且，虽然为了说明目的，这些部件在控制器950中是功能上分离的，但是它们可以任何物理实现方式被不同地组合。

在所描绘的实施例中，控制器950包括处理器921、存储器922、总线929和各种接口925-927。处理器921结合存储器922执行此处所描述的用于测量残余相位噪声的（一种或多种）方法（例如包括图3的各种操作）。处理器921可以由硬件，固件或软件体系结构的任何组合来构成，并且包括用于存储允许其执行各种功能的可执行的软件/固件可执行代码的自身存储器（例如非易失存储器）。可替代地，可执行代码可以存储在存储器922内的指定存储单元中，如下所述。在一个实施例中，处理器921可以是例如执行操作系统的中央处理器（CPU），它还可以控制控制器950的其他程序的执行。

存储器922可以是任意数目和类型的非易失性只读存储器（ROM）923和易失性随机存取存储器（RAM）924的任意组合，并存储各种类型的信息，诸如由处理器921（和/或其他组件）可执行的计算机程序和软件算法，例如以执行此处所描述的实施例的残余相位噪声测量。如由ROM923和RAM924一般地指示，存储器922可以包括任何数目和类型的有形计算机可读存储介质（诸如磁盘驱动器、电可编程序只读存储器（EPROM）、电可擦可编程只读存储器（EEPROM）、CD、DVD、通用串行总线（USB）驱动等等）的任意组合。而且，存储器922可以存储一个或多个企业网的预定边界，如上所述。

在一个实施例中，用户（和/或其他计算机）可以通过I/O接口926使用各种（一个或多个）输入设备与控制器950交互作用。输入装置可以包括键盘、小键盘、跟踪球、鼠标、触控板或触控式显示器等。并且，各种信息可以通过显示器接口927显示在显示器937上。而且，控制器950可以通过经由总线929与处理器921和/或存储器922通信的设备接口925与诸如图2中的代表性第二信号源202和图4中的信号发生器460的各种设备接口和以其他方式控制这些设备。

根据各种实施例，例如，DUT的噪音残余相位噪声的测量可以用最少的测试设备（诸如矢量信号发生器和VNA）进行。因此测量可与这两个仪器的频带是一样宽频带的。而且，在数学上抑制了（例如通过处理器或控制器）载波抑制，因此由于使用混频器作为相位检测器所引起的限制不适用。所需的仅有的检测器是用于接收来自DUT的输出信号的接收器和用于接收用来抑制输出信号的载波的参考信号的接收器。因此，唯一的功率电平考虑事项是避免压缩接收器。

各种实施例不需要附加的校准步骤。只有一个信号调整步骤，在该步骤中调整参考信号的相位和幅度以提供适当的相位比和幅度比值（例如在VNA上读取的）。并且，各种实施例相对易于自动操作。DUT的其他属性，诸如增益、回波损耗、噪声系数、互调失真（IMD）和压缩，可以使用相同的或相似的硬件配置来测量。

虽然此处公开了具体实施例，但许多变化是可能的，这些变化仍在本发明的构思和范围之内。在查看了此处的说明书、附图和权利要求书之后，这样的变化是显然的。因此，本发明除所附权利要求书的范围之外不受限制。

Claims

1.一种用于测量被测设备（DUT）（205）的残余相位噪声的系统（200），所述系统包括：

第一信号源（201），被配置为生成将被输入到所述DUT（205）的第一信号作为激励信号，并提供与所述第一信号相位相干的第二信号；

第二信号源（202），被配置成接收所述第二信号并且基于所述第二信号生成参考信号，所述参考信号与所述激励信号相位相干；

第一接收器（220），被配置成响应于所述激励信号而接收和测量来自所述DUT（205）的输出信号；

第二接收器（230），被配置成接收并且测量来自所述第二信号源（202）的所述参考信号；以及

处理器（250），被配置成接收来自所述第一接收器（220）的测量的输出信号和来自所述第二接收器（230）的测量的参考信号，以通过确定所测量的输出信号和所测量的参考信号之间的差来在数学上抑制所述输出信号的载波，并且基于所述差来确定所述DUT（205）的残余相位噪声。

2.如如权利要求1所述的系统，其中，所述处理器进一步被配置成调整所述第二信号源处的所述参考信号的相位和幅度，使得所述参考信号的相位与所述输出信号的相位异相约180度，并且所述参考信号的幅度基本上等于所述输出信号的幅度，以消除所述输出信号的所述载波。

3.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一接收器和第二接收器在指定的跨度上被扫描，同时保持所述载波频率固定，所述跨度以所述输出信号的载波频率为中心。

4.如权利要求3所述的系统，其中，所述第一接收器和第二接收器各自的IF带宽被设置成数量级比所述指定的跨度小，并且每次扫描中的多个频率点被设置成使点间隔为IF带宽的一半或更少。

5.如权利要求2所述的系统，其中，所述第二信号源包括IQ调制功能，并且进一步被配置成下载由所述处理器生成的IQ文件，用于通过所述IQ修改功能来将所述第二信号的相位移动到与所述输出信号的相位异相约180度。

6.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一信号源、所述第一接收器、所述第二接收器和所述处理器在矢量网络分析仪的内部。

7.如权利要求6所述的系统，其中，所述第二信号源在所述矢量网络分析仪的外部。

8.一种测量被测设备（DUT）（205）的残余相位噪声的方法，所述DUT响应于激励信号而提供输出信号，所述方法包括：

从第一接收器（220）接收（S314）所述输出信号的测量值并从第二接收器（230）接收参考信号的测量值，所述参考信号与所述输出信号相位相干；

基于接收到的所述输出信号和所述参考信号的测量值，在数学上确定（S316）所述输出信号和所述参考信号之间的差；以及

基于所述输出信号和所述参考信号之间的所述差，确定（S317）所述DUT（205）的所述残余相位噪声。

9.如权利要求8所述的方法，进一步包括：

调整所述参考信号，使其相位与所测量的输出信号异相180度并使其幅度基本上等于所测量的输出信号的幅度，以抑制所述输出信号的载波。

10.如权利要求9所述的方法，其中，调整所述参考信号的步骤包括：使用所测量的输出信号和所测量的参考信号的比值来调整所述参考信号的所述相位和所述幅度。

11.如权利要求9所述的方法，其中，调整所述参考信号的步骤包括：使用下载的IQ文件来移动所述参考信号的所述相位。

12.如权利要求10所述的方法，其中，确定所述输出信号和所述参考信号之间的差值的步骤在数学上消除所测量的输出信号的载波。

13.如权利要求10所述的方法，其中，确定所述输出信号和所述参考信号之间的差值的步骤包括：基于所述输出信号和所述参考信号的多个接收的测量值来反复地确定所述输出信号和所述参考信号之间的差，以获得多个差，所述方法包括：

对所述多个差求平均以获得平均差，其中，所述DUT的所述残余相位噪声是基于所述平均差来确定的。

14.如权利要求10所述的方法，其中，所述输出信号的测量和所述参考信号的测量被同时执行。

15.一种用于确定被测设备（DUT）（605）的残余相位噪声的系统（600），所述系统包括：

信号源（601），被配置来生成将被输入到所述DUT（605）的激励信号；

第一接收器（620），被配置来接收并测量被输入到所述DUT（605）的所述激励信号；

第二接收器（630），被配置来响应于所述激励信号接收并测量来自所述DUT（605）的输出信号；以及

处理器（650），被配置成接收来自所述第一接收器（620）的测量的激励信号和来自所述第二接收器（630）的测量的输出信号，以使用所测量的激励信号和所测量的输出信号确定所述DUT（605）的有效增益，基于所述DUT（605）的所述有效增益和所测量的激励信号的乘积来得确定所述DUT（605）的理想输出信号，基于所述理想输出信号和所述输出信号之间的差来确定所述残余噪声功率，并通过将所述残余噪声功率归一化来确定残余相位噪声。