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高速DAC相位噪声大？很可能是时钟噪声惹的祸，本文教你消除它~
在所有器件特性中，噪声可能是一个特别具有挑战性、难以掌握的设计课题。本文主要介绍时钟噪声对于高速DAC相位噪声的影响。
DAC相位噪声来源
对于高速DAC来说，相位噪声主要来自以下几个方面：时钟噪声、电源噪声，以及内部噪声与接口噪声。
图1：DAC相位噪声来源 （图片来源：ADI）
其中最重要的两个来源是时钟噪声与电源噪声。本文将主要介绍时钟噪声对于DAC相位噪声的影响。
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时钟相位噪声的产生
DAC时钟是DAC中产生相位噪声的首要原因。时钟决定何时发送下一样本，故相位（或时序）中的任何噪声都会直接影响输出的相位噪声。
图2：时钟与相位噪声的相关性（图片来源：ADI）
如上图所示，时钟对相位噪声的影响，可以视作各相继离散值与一个矩形函数相乘，其时序由时钟定义。
图 3 相位噪声卷积（图片来源于ADI）
如上图所示，在频域中，乘法转换为卷积运算。结果，期望的频谱被时钟相位噪声所破坏。
信号频率与相位噪声
信号频率与时钟频率之比，相对于载波的噪声放大或缩小，信号频率每降低一半，噪声改进6 dB。为了证明这一点，下图是不同频率（5GHz、1GHz、500MHz）下，混入一个带有轻度100kHz相位偏移的调制时钟信号（精密受控），来模拟相位噪声，来看看信号频率与相位噪声的关系。
图4：带100kHz相位调制的时钟输出相位噪声 （图片来源：ADI）
我们可以看到，从5GHz时钟到500MHz DAC输出观测20dB降幅，从500MHz输出到1GHz输出观测到6dB增幅。
降低DAC相位噪声
选择一个性能良好的晶振，对于处理相位噪声可以达到事半功倍的效果。
在DigiKey中文技术论坛中，汇集了广大电子圈工程师日常所需的技术资源库，里面也有不少与晶振选型和降低DAC相位噪声相关的帖子，详情可以访问——电子元器件选型基础-晶振。
晶振可以分为有源晶振和无源晶振两种，下表对两种晶振进行了比较：
对于不同类型晶振特点和典型应用的比较，下表中做了详细地分析：
| 晶振类型 | 特点 | 应用 |
| 标准晶体振荡器（XO） | 最基本的一种是晶体振荡器 | 应用广泛 |
| 温度补偿振荡器（TCXO） | 进行温度补偿，使得输出频率更加稳定 | 适用于环境温度变化较大的场合，动态环境的应用。如蜂窝电话，智能手机等 |
| 压控振荡器（VCXO） | 输出频率由输入电压控制 | 常见于锁相环，混频器，讯号产生器等 |
| 恒温晶体振荡器(OCXO) | 使晶体振荡器的温度保持恒定，从而使得输出频率更加稳定 | 常见于对于频率稳定性要求比较高的场合 |
想了解如何通过DigiKey网站，快速进行低相位噪声晶振的选型，可以参考下面这篇文章——如何选择低相位噪声晶振？
本文小结
综上所述，了解噪声发生的原因，我们才能对症下药。时钟噪声对于DAC相位噪声的影响很大，因此选择一个高精度的晶振可能是最简单可行的方案。
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关于此作者
Alan Yang 是DigiKey在上海的应用工程师，负责分享解决方案和业内技术，以协助客户进行项目设计。他拥有5年的仪器仪表行业电路设计方面的经验，擅长于小信号放大电路的设计开发。Alan毕业于上海理工大学。拥有两个学位，医学影像工程与工商管理。闲暇时，兴趣爱好广泛。喜欢旅行，话剧，阿卡贝拉。
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