O que é Ruído de Fase: Jitter de Fase

22 de fevereiro de 2023 0 Comentários Leitura: 6 min

Ruído de fase/jitter de fase é um parâmetro chave em sinais de RF que afeta o desempenho de sistemas de rádio de várias maneiras.

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Ruído Eletrônico e de RF Inclui:
Noções básicas de ruído | Medição de ruído

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O ruído de fase é um parâmetro chave para muitos osciladores e fontes de sinal, pois governa muitos aspectos do desempenho geral.

O ruído de fase também pode ser visto como jitter de fase, pois são dois métodos de olhar para o mesmo parâmetro: o ruído de fase olha para o espectro do sinal, ou seja, no domínio da frequência, enquanto o jitter de fase olha para as variações de fase sobre o sinal.

A presença de ruído de fase no oscilador local ou em outros sinais afeta os sistemas de rádio afetando especificações como mixagem recíproca, reduzindo a distância entre pontos nos diagramas de constelação PSK e QAM e muito mais.

Tendo em vista a forma como afeta o desempenho de muitos aspectos dos sistemas de radiocomunicações, é um parâmetro chave em muitas especificações.

Ruído de fase visto em um analisador de espectro

Sumário

Ruído de fase em fontes de sinal

O termo ruído de fase é usado para descrever o espectro de ruído resultante do jitter de fase que surge como resultado de variações aleatórias de fase do sinal. O ruído surge do ruído geral no circuito que se manifesta como instabilidade de fase. Como a fase e a frequência estão inextricavelmente ligadas, isso também pode ser visto como variações de frequência aleatórias.

O ruído nas fontes de sinal pode ser considerado de várias maneiras, pois o jitter e as variações podem ocorrer em diferentes escalas de tempo. Como resultado, a estabilidade pode ser considerada de duas formas principais:

Estabilidade de longo prazo A estabilidade de longo prazo de um sinal trata de como o sinal varia em longo prazo, geralmente horas, dias e mais. Isso aborda assuntos como desvio de longo prazo, etc. Normalmente é especificado em termos de uma mudança de frequência em partes por milhão, etc., durante um determinado período de tempo.
Estabilidade de curto prazo a estabilidade de curto prazo de uma fonte de sinal se concentra nas variações que ocorrem em um período muito mais curto – normalmente em períodos inferiores a um segundo. Essas variações podem ser totalmente aleatórias ou podem ser periódicas. As variações periódicas podem ser chamadas de sinais espúrios, e as aleatórias aparecem como ruído.

Ruído de fase vs ruído de amplitude

Ruído de fase pode ser introduzido em circuitos de várias maneiras, especialmente quando sintetizadores de frequência são usados. No entanto, para osciladores, a fonte de ruído de fase resulta de ruído “térmico” e “cintilação” ou 1/f.

Como a maioria dos osciladores opera em saturação, isso limita os componentes de amplitude do ruído, que geralmente são cerca de 20dB mais baixos do que os componentes de ruído de fase. Isso significa que o ruído de fase predomina e, portanto, o ruído de amplitude é frequentemente ignorado.

Essa suposição é verdadeira para a maioria das aplicações, mas os componentes de amplitude não devem ser esquecidos, pois podem precisar ser considerados em algumas aplicações.

Noções básicas de ruído de fase

Ruído de fase é o espectro de ruído que é visto se espalhando em ambos os lados de um sinal como resultado do jitter de fase existente.

O ruído de fase é de particular importância para os projetistas de RF. O jitter de fase se manifesta como ruído de fase que se espalha em ambos os lados da principal portadora desejada. Na maioria dos casos, ele reduz de nível quanto mais longe o deslocamento do transportador.

Espectro de ruído de fase típico de um oscilador de funcionamento livre

Tendo em vista a maneira como os sintetizadores de frequência operam, o espectro ou perfil de ruído de fase varia dentro da largura de banda do loop, embora, em última análise, caia no nível com o aumento do deslocamento da portadora.

Importância do ruído de fase em sistemas de comunicação

Ruído de fase ou jitter de fase é de particular importância, porque reduz a qualidade do sinal e, portanto, aumenta a taxa de erro do link de comunicação.

Na prática, a modulação de fase espúria é tecnicamente mais importante que a modulação de amplitude. Isso ocorre em parte porque a maioria dos links de rádio atualmente usa modulação de ângulo, que é mais afetada pelo ruído de fase. Também é resultado do fato de que em fontes de sinal complexas, o conteúdo do ruído de amplitude é muito mais baixo em nível do que o conteúdo do ruído de fase.

Definições básicas de ruído de fase

Há uma variedade de termos associados ao conceito básico de ruído de fase. Um dos principais aspectos da compreensão do ruído de fase é entender as várias definições associadas a ele.

Ruído de fase: O ruído de fase é definido como o ruído decorrente das flutuações de fase de curto prazo que ocorrem em um sinal. As flutuações se manifestam como bandas laterais que aparecem como um espectro de ruído se espalhando em ambos os lados do sinal.
Jitter de fase: Jitter de fase é o termo usado para observar as próprias flutuações de fase, ou seja, os desvios na posição da fase em relação ao que seria esperado de um sinal puro em um determinado momento. Assim, o jitter de fase é medido em radianos.
Espectro: O espectro do ruído de fase refere-se ao gráfico que seria obtido de um analisador de espectro. O espectro do sinal mostraria o sinal desejado central com as bandas laterais de ruído estendendo-se para ambos os lados da portadora principal.
Densidade espectral: A densidade espectral descreve as distribuições de fase RMS como uma função contínua, expressa em unidades de fase RMS para uma determinada largura de banda unitária.
Ruído de fase de banda lateral única: Ruído de fase de banda lateral única ou ruído de fase SSB é o ruído que se espalha da portadora como uma banda lateral. O ruído de fase de banda lateral única é especificado em dBc/Hz em um determinado deslocamento de frequência da portadora.

Estes são alguns dos principais termos associados ao ruído de fase e ao jitter de fase.

O ruído de fase está presente em todos os sinais em maior ou menor grau. Em alguns casos, o nível de ruído de fase não é particularmente importante, mas em outros pode ser crucial para a operação geral de qualquer sistema do oscilador ou osciladores onde eles são usados. Com requisitos cada vez maiores para sistemas de rádio de todos os tipos, o ruído de fase é um parâmetro de importância crescente.

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