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Oscillator Phase Noise: A Tutorial

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标签: 振荡器相位噪声

振荡器相位噪声

Linear  time-invariant  (LTI)  phase  noise  theories  provide  important  qualitative  design  insights  but  are  limited  in  their  quantitative  predictive  power.  Part  of  the  difficulty  is  that  device  noise  undergoes  multiple  frequency  translations  to  become  oscillator  phase  noise.  A  quantitative  understanding  of  this  process  requires  abandoning  the  principle  of  time  invariance  assumed  in  most  older  theories  of  phase  noise.  Fortunately,  the  noise-to-phase  transfer  function  of  oscillators  is  still  linear,  despite  the  existence  of  the  nonlinearities  necessary  for  amplitude  stabilization.  In  addition  to  providing  a  quantitative  reconciliation  between  theory  and  measurement,  the  time-varying  phase  noise  model  presented  in  this  tutorial  identifies  the  importance  of  symmetry  in  suppressing  the  upconversion  of  1/f  noise  into  close-in  phase  noise,  and  provides  an  explicit  appreciation  of  cyclostationary  effects  and  AM-PM  conversion.  These  insights  allow  a  reinterpretation  of  why  the  Colpitts  oscillator  exhibits  good  performance,  and  suggest  new  oscillator  topologies.  Tuned  LC  and  ring  oscillator  circuit  examples  are  presented  to  reinforce  the  theoretical  considerations  developed.  Simulation  issues  and  the  accommodation  of  amplitude  noise  are  considered  in  appendixes.

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