Μελέτη θορυβικής συμπεριφοράς μικροηλεκτρονικών ταλαντωτών σε συστήματα επικοινωνίας

Abstract

The role of the phase noise on the oscillators performance, is wide known. This noise stems mostly from the electronic circuitry used to implement the oscillator. Moreover, it is well known, the direct influence of the oscillator Phase Noise on the nearby modulated up (down) converted signals at the frequency domain. In the literature the direct influence, on the oscillator phase noise sidebands, is generally examined. In this work, we do not attempt, an examination of the reasoning of phase noise phenomenon, nor a reduction of the phase noise itself, but rather we examine the direct effect, of the phase noise sidebands on the modulated signals. The Phase Noise (PN) is considered of a given character and its influence on the communication signals is examined. These effects have their origin on the PN, but there are present and influence the signal integrity even if oscillator’s phase noise is absent. Their existence origins from the modulation action, at the respective frequency transfer, of a realistic oscillator via the non-ideal output, which is corrupted by PN. Two basic concepts, the theorem of the Time Domain Product - Frequency Domain Convolution Τheorem, and the Frequency Shifting Theorem, which lead basically to the same results, are applied and extended to the Intermediate Frequency and relative concepts. These results basically do not depend on the supposed circuit linearity, but the linearity supposition simplifies a lot of the manipulations. Thus oscillator’s phase noise is “copied”, because of the modulation action to every modulated frequency that the modulated signal consists of, at the different types of modulation. These copies from the neighbored frequencies give at every modulated frequency an undesirable sum of noise contributions. The small amplitude and phase variations of the carrier, from another more representative view, via the Frequency Shifting Theorem or because of the respective convolution, are transferred to the shifted spectrum via the modulation action. The here above are examined, firstly using the Time Domain Product - Frequency Domain Convolution Theorem. All the “copies” of the carrier form every modulated constitute of the information are accumulated to a “worst case” integral. The referenced integral, is an indicative calculation, of the introduced fluctuations. The second approach deals with the total spectrum movement due to fluctuations and is more pictorial and prone to relevant calculations, as analyzed in this thesis.

Ο θόρυβος φάσης που εμφανίζεται στους ταλαντωτές, επηρεάζει την ποιότητα των σημάτων που επεξεργάζονται τα επικοινωνιακά ηλεκτρονικά κυκλώματα. Η παρούσα μελέτη, δεν έχει σκοπό μια θεωρητική ή πρακτική εξέταση των αιτιών του θορύβου φάσης, ή την παρουσίαση τεχνικών μείωσής του, αλλά εξετάζεται η επίδραση του θορύβου φάσης πάνω σε διαμορφωμένα σήματα επικοινωνιών. Αυτή η επίδραση πάνω στα διαμορφωμένα σήματα επικοινωνιών, δεν λαμβάνεται υπ’ όψιν μέχρι σήμερα στην βιβλιογραφία. Δείχνουμε ότι αυτή η επίδραση, πού στις περισσότερες πρακτικές περιπτώσεις αγνοείται, μπορεί κάτω από προϋποθέσεις να είναι πολύ σημαντική. Αυτό ισχύει ακόμα, και όταν το σήμα του ταλαντωτή με τον συνοδευτικό θόρυβο φάσης, λείπει όπως π.χ. στην περίπτωση διαμόρφωσης SSB. Η ύπαρξη της ανωτέρω επίδρασης, έχει την προέλευσή της στη διαδικασία (πράξη) διαμόρφωσης. Για να αποδείξουμε το παραπάνω, χρησιμοποιούμε δύο βασικές ιδιότητες, την ιδιότητα μετατόπισης της συχνότητας, και την ιδιότητα του γινόμενου στο πεδίο του χρόνου-συνέλιξης στην περιοχή της συχνότητας. Η διερεύνηση των δύο προσεγγίσεων, οδηγεί σε παρόμοια αποτελέσματα, σε διάφορα θέματα, σχετιζόμενα με την θορυβική ανάλυση, όπως π.χ. η επίδραση του θορύβου φάσης στην ενδιάμεση συχνότητα (I.F). Τα αποτελέσματα και οι εφαρμογές, δεν είναι εξαρτημένα από τη γραμμικότητα του κυκλώματος του ταλαντωτή, αλλά η υπόθεση της γραμμικότητας, απλοποιεί πολλούς χειρισμούς. Εισάγουμε βασικά την έννοια της αντιγραφής του θορύβου φάσης του ταλαντωτή, λόγω της διεργασίας της διαμόρφωσης (mirror imaging), σε κάθε διαμορφωμένη συχνότητα, που είναι συνιστώσα του συνολικά διαμορφωμένου σήματος. Εφαρμογή του θεωρήματος της διαμόρφωσης, συνεπάγεται απλή μετατόπιση του φάσματος του ταλαντωτή, λόγω διαμόρφωσης, για κάθε διαμορφωμένη συνιστώσα, για τους διάφορους τύπους διαμορφώσεων. Αυτά τα αντίγραφα στις διαφορετικές συνιστώσες συχνότητες του διαμορφωμένου φάσματος, δίνουν σε κάθε λαμβανόμενη συνιστώσα συχνότητας διαμορφωμένης πληροφορίας, ένα ανεπιθύμητο ποσό ισχύος πού αντιστοιχεί σε θόρυβο.