概要

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     如今的射频(RF)系统变得越来越复杂。高度的复杂性要求所有系统指标（例如严格的 链接和噪声预算）达到最佳性能。确保整个信号链的正确设计至关重要。而信号链中， 有一个部分经常会被忽视，那就是直流电源。它在系统中占据着重要地位，但也会带 来负面影响。RF 系统的一个重要度量是相位噪声，根据所选的电源解决方案，这个指 标可能降低。

整体架构流程

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  本文研究电源设计对 RF 放大器相位噪声的影响。我们的测试数据证明， 选择合适的电源模块可以使相位噪声改善 10 dB，这是优化 RF 信号链性能的关键。

技术名词解释

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相位噪声是指当信号到达系统的接收端时，由于意外的超前或滞后而产生的信号中的 噪声。正如幅度噪声是与信号标称幅度之间的偏移或偏差一样，相位噪声是与信号标 称相位之间的偏移或偏差。

技术细节

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理想的振荡器输出正弦波，如公式 1 所示：

 这个正弦波呈现完美的周期性，并且 Videal(t)的傅里叶变换表示为输出波形频率的脉 冲函数。更真实的振荡器输出表示中包括相位（和振幅）中的随机波动，如公式 2 所示：

 该波形包括一些随机过程 ϕ(t)，会在一定程度上导致信号相位偏移。这种相位偏移导 致非理想时钟输出的傅里叶变换看起来更为相似。

     信号链的 DC 电源解决方案是导致相位噪声的一个重要成因，但它常被忽视。为信号 链供电的电源轨上的任何噪音或波纹都可能在内部耦合。这会导致相位噪声增加，从 而可能隐藏发送的带宽中的关键频率分量，或从载波中引入杂散偏移。这些杂散靠近 载波，所以特别难处理，且因为严格的过渡频带要求，给滤波器造成很大挑战

     许多不同的因素都会导致产生相位噪声。来源主要有三个，分别是白底噪声、散粒噪 声和 1/f，或者称为闪烁噪声。白底噪声是电流通过时，自由电子的随机热运动引起的。 它类似于散粒噪声，这种噪声是因为电流的随机性能引起的。不同于白底噪声和散粒 噪声，闪烁噪音会随频率变化。它源于半导体晶格结构中的缺陷，本质上也是随机的。 闪烁噪声随着频率的增加而降低；所以，低 1/f 角频非常有用。典型的相位噪声曲线 可以近似表示为各个区域，各区域的斜率为 1/fX，其中 x = 0 时对应于白噪声区域（斜 率 = 0 dB/十倍频程），而x = 1时对应于闪烁相位噪声区域（斜率 = -20 dB/十倍频程）。 x = 2、3、4 的区域更接近载波频率。

      在 RF 信号链中，确保适当的偏置和为放大器提供电源可能具有挑战性，特别是在漏 极电压也用作输出端口时。市面上有许多类型的电源解决方案和拓扑。具体需要哪种 电源解决方案，取决于您的应用和系统要求。本实验采用低压差(LDO)线性稳压器和降 压开关稳压器采集数据，如图 3 所示。降压开关稳压器是一种典型的解决大压降的解 决方案，效率高，工作温度低。开关电源可以将更高的电压（例如 12 V）降低至更常 用的芯片级电压（例如 3.3 V 和 1.8 V）。但是，它们可能给输出电压带来严重的开关.

      噪声或纹波，导致性能大幅下降。LDO 稳压器也可以降低这些电压，且噪声更低；但 是，它们的功耗主要表现为热量。当输入电压和输出电压之间的差值较小时，使用 LDO 稳压器是一个不错的选择，但当连接环境热阻 θJA超过 30°C/W 时，从 FPGA 和 ASIC 获取的大电流会导致 LDO 稳压器的性能迅速下降。

 

 

小结

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例如：

，功率放大器的相位噪声响应。可以看到， 在超过 1/f 频率后，功率放大器的性能稍微降低。功率放大器消耗更多供电电流，所 观察的相位噪声大约增加 2 dB 至 4 dB。'

    在进行信号链分析时，必须考虑到所有噪声来源，这很重要。DC 电源解决方案这个噪 声源常常被忽视掉，这可能会影响和严重降低信号链的性能。实验结果表明，选择正 确的电源模块至关重要，在 10 kHz 偏移下，可以使相位噪声改善多达 10 dB。在这个 应用中，LTM8063 给出的结果最好。虽然级联 LT3045 的 LTM4626 能提供同等相位噪 声性能，但应明白，选择正确的电源解决方案对于优化 RF 信号链非常重要