IC时钟分配系统中的PLL

相位噪声源：

　　振荡器的单边带相位噪声主要特性通常如图5所示，该相位噪声(单位：dBc/Hz)在对数尺度上被绘制成偏移频率f0的函数。

　　实际曲线近似由一系列区间构成，每一区间的斜率为1/fx，其中X=0表示白相位噪声区间，即此时曲线斜率为0dB/decade。当X=1时，相位噪声区间则称为闪烁相位噪声，其斜率为-20dB/decade。依此类推，其它区间则对应更大的X值。X值越大的区间与载波频率越接近。

　　图6所示为PLL时钟发生器中相位噪声的曲线图。需要注意的是，本图与前述图5中所示的各噪声区间大致对应。

　　无论振荡器的输出信号如何优秀，总会掺杂各类不必要的噪声信号，其中一部分为杂散输出频率和谐波。此类噪声信号的振幅及相位可能具有随机性或确定性。下文我们将会深入分析部分不必要噪声信号的主要来源。

　　振荡器的噪声性能在时域上表现为抖动，在频域上则为相位噪声。优先考虑时域抑或频域，则须视不同应用而定。射频(RF)通信会优先考虑相位噪声，而在数字系统中则优先考虑为抖动;因此射频工程师会更倾向于解决相位噪声问题，而数字工程师则更愿意了解抖动。不过需要再次注意的是：相位噪声和抖动是振荡器中两个关联的量，且通常振荡器中的相位噪声增加时，抖动同样会增加。阐明上述关系的最佳方法便是检查理想信号并进行破坏，直至该信号与振荡器的实际输出相近为止。主要噪声源如下：

热噪声：

　　两个物体间若存在温差，便会产生能量交换，直至达到热平衡为止。热噪声(kTB)是由于电子或者系统的有源或无源组件(诸如电阻器、电容器、传感器及电化电池等)中的其它电荷载流子在热激励作用下进行布朗运动时产生的。由于热噪声与温度和带宽成正比，故温度和带宽上升时，热噪声也随之上升。热噪声大小的计算公式如下：

　　式中：nrms = 均方根噪声，

　　Df = 频率带宽(Hz)，

　　K = 玻耳兹曼常数(1.38 x 10-23 J/K)，

　　T = 开尔文温度，

　　R = 电阻元件的电阻值(单位：Ω)。

　　降低热噪声可通过压缩带宽、减小电阻或降低仪表组件温度等方式实现。热噪声大小与频率值基本相同。

散粒噪声：

　　在正向偏置PN结中，电荷载流子需要一定的能量才能穿过能量位垒。散粒噪声主要表现为穿过PN结势垒的不连续电流，该电流可在电荷载流子穿过PN结时出现。

　　式中：irms = 均方根电流波动，

　　I = 平均直流，

　　e = 电子电荷，即1.60 x 10-19 C，

　　Df = 频率带宽

　　散粒噪声可通过减少带宽的方式降低。

　　所有电子组件，尤其是放大器和逻辑器件，均会生成由散粒噪声和热噪声所形成的复合噪声，此类噪声在二极管和晶体管中十分常见。如前文所述，散粒噪声是电荷随机跃迁穿过PN结内的势垒时所产生的。换而言之，热噪声不受电流的影响，而是由MOSFET栅极及通道电阻内载流子的热运动所产生。热噪声功率与电阻和温度成正比。由于现代化组件的工作带宽均在GHz范围内，故散粒噪声及热噪声对时序抖动的影响非常显著。