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使用巴伦测量相位噪声

Measuring Phase Noise with Baluns

Gary Giust，JitterLabs，美国加利福尼亚州米尔皮塔斯

Doug Jorgesen，Marki Microwave，美国加利福尼亚州摩根希尔

巴伦（平衡-不平衡转换器）通常被用于测量差分时钟和计时器的相位噪声。虽然看似简单易用，但是巴伦在测量中的作用相当复杂，不知不觉地会给测量结果引入器件误差。本文介绍了这些器件误差，讨论了其产生的原因和消除误差的方法。并给出了精确测量相位噪声时所用巴伦的选型建议。

差分时钟信号在数据通信、无线、仪器和医疗等领域被广泛应用。差分信号使用双导体传输线，理论上每条导线上信号幅度相等但是相位相反，如LVPECL、LVDS和CML。和单端信号相比，导线上的差分信号电压波幅更小，故可工作在更高频率。在供电电源条件相同时，差分信号的电压波幅可以比单端信号更大，从而提高了差分信号的信噪比。

差分信号可以抑制共模噪声，因此在嘈杂噪声环境中表现更好。此外，差分信号计时更加精确，是因为和单端信号相比，差分信号的交叉位置更容易控制（取决于电压超过某绝对参考电平）[1]。

相位噪声量化了信号的短期相位波动[2]，无疑是重要计时应用中评估时钟和计时器件的最重要参数。相位噪声（和幅度噪声）可以使用频谱分析仪或者专用的相位噪声分析仪测量，但仪器只能进行单端测量。将器件的差分信号转为单端信号，需要有源探头，差分到单端放大器或者是无源巴伦。因为巴伦在测量中不引入放大噪声，适合于低噪声情况下的测量。宽带巴伦因为可以覆盖较宽的频率范围而备受喜爱。

本文探讨了如何使用巴伦测量差分时钟信号的相位噪声。首先讨论了巴伦在测量中可能引入的器件误差。给出的测量范例数据只为说明原理，并不代表典型情况或者最坏情况。实际上，巴伦对相位噪声数据有无影响、影响多少都是很难预测的。本文分析了多种影响测量的因素，例如巴伦的选型、待测器件类型、连接待测器件和巴伦的线缆和元器件等。介绍了判断巴伦是否影响相位噪声测量的试验方法。最后，给出了如何选择巴伦，并如何用它进行准确的相位噪声测量的建议。据笔者所知，本文是公开发表的第一篇关于巴伦如何测量相位噪声的文章。

巴伦入门

图1说明了巴伦在将平衡阻抗（即差分信号）转换为不平衡阻抗（即单端信号）时的作用。巴伦本身很容易使用，只需要三个连接（两个输入和一个输出）且无需供电。巴伦作为互易器件，两端都可以作为输入端。将单端信号转换成差分信号的巴伦叫分路器。当反过来使用时，被称为合路器。在正常模式下，理论上差分端口J2和J3输出等幅反相信号。

原文始发于微信公众号（actMWJC）