IC時鐘分配系統中的PLL

相位噪聲源：

　　振蕩器的單邊帶相位噪聲主要特性通常如圖5所示，該相位噪聲(單位：dBc/Hz)在對數尺度上被繪制成偏移頻率f0的函數。

　　實際曲線近似由一系列區間構成，每一區間的斜率為1/fx，其中X=0表示白相位噪聲區間，即此時曲線斜率為0dB/decade。當X=1時，相位噪聲區間則稱為閃爍相位噪聲，其斜率為-20dB/decade。依此類推，其它區間則對應更大的X值。X值越大的區間與載波頻率越接近。

　　圖6所示為PLL時鐘發生器中相位噪聲的曲線圖。需要注意的是，本圖與前述圖5中所示的各噪聲區間大致對應。

　　無論振蕩器的輸出信號如何優秀，總會摻雜各類不必要的噪聲信號，其中一部分為雜散輸出頻率和諧波。此類噪聲信號的振幅及相位可能具有隨機性或確定性。下文我們將會深入分析部分不必要噪聲信號的主要來源。

　　振蕩器的噪聲性能在時域上表現為抖動，在頻域上則為相位噪聲。優先考慮時域抑或頻域，則須視不同應用而定。射頻(RF)通信會優先考慮相位噪聲，而在數字系統中則優先考慮為抖動;因此射頻工程師會更傾向于解決相位噪聲問題，而數字工程師則更愿意了解抖動。不過需要再次注意的是：相位噪聲和抖動是振蕩器中兩個關聯的量，且通常振蕩器中的相位噪聲增加時，抖動同樣會增加。闡明上述關系的最佳方法便是檢查理想信號并進行破壞，直至該信號與振蕩器的實際輸出相近為止。主要噪聲源如下：

熱噪聲：

　　兩個物體間若存在溫差，便會產生能量交換，直至達到熱平衡為止。熱噪聲(kTB)是由于電子或者系統的有源或無源組件(諸如電阻器、電容器、傳感器及電化電池等)中的其它電荷載流子在熱激勵作用下進行布朗運動時產生的。由于熱噪聲與溫度和帶寬成正比，故溫度和帶寬上升時，熱噪聲也隨之上升。熱噪聲大小的計算公式如下：

　　式中：nrms = 均方根噪聲，

　　Df = 頻率帶寬(Hz)，

　　K = 玻耳茲曼常數(1.38 x 10-23 J/K)，

　　T = 開爾文溫度，

　　R = 電阻元件的電阻值(單位：Ω)。

　　降低熱噪聲可通過壓縮帶寬、減小電阻或降低儀表組件溫度等方式實現。熱噪聲大小與頻率值基本相同。

散粒噪聲：

　　在正向偏置PN結中，電荷載流子需要一定的能量才能穿過能量位壘。散粒噪聲主要表現為穿過PN結勢壘的不連續電流，該電流可在電荷載流子穿過PN結時出現。

　　式中：irms = 均方根電流波動，

　　I = 平均直流，

　　e = 電子電荷，即1.60 x 10-19 C，

　　Df = 頻率帶寬

　　散粒噪聲可通過減少帶寬的方式降低。

　　所有電子組件，尤其是放大器和邏輯器件，均會生成由散粒噪聲和熱噪聲所形成的復合噪聲，此類噪聲在二極管和晶體管中十分常見。如前文所述，散粒噪聲是電荷隨機躍遷穿過PN結內的勢壘時所產生的。換而言之，熱噪聲不受電流的影響，而是由MOSFET柵極及通道電阻內載流子的熱運動所產生。熱噪聲功率與電阻和溫度成正比。由于現代化組件的工作帶寬均在GHz范圍內，故散粒噪聲及熱噪聲對時序抖動的影響非常顯著。