Los osciladores producen varios niveles de ruido de fase o variaciones de la periodicidad perfecta. Visto como un ruido aditivo, el ruido de fase aumenta a frecuencias cercanas a la frecuencia de oscilación o sus armónicos. Con el ruido aditivo cercano a la frecuencia de oscilación, no se puede eliminar mediante el filtrado sin eliminar también la señal de oscilación.
Todos los osciladores no lineales bien diseñados tienen ciclos límite estables , lo que significa que si se perturba, el oscilador volverá naturalmente a su ciclo límite periódico. Cuando se perturba, el oscilador responde volviendo en espiral al ciclo límite, pero no necesariamente en la misma fase. Esto se debe a que el oscilador es autónomo ; no tiene una referencia de tiempo estable. La fase es libre de derivar. Como resultado, cualquier perturbación del oscilador hace que la fase se desvíe, lo que explica por qué el ruido producido por un oscilador es predominantemente en fase.
Espectros de ruido de voltaje y ruido de fase del oscilador
Hay dos formas diferentes que se utilizan comúnmente para caracterizar el ruido en un oscilador. S φ es la densidad espectral de la fase y S v es la densidad espectral del voltaje. S v contiene componentes tanto de amplitud como de fase, pero con los osciladores el ruido de fase domina, excepto en las frecuencias alejadas de la portadora y sus armónicos. S v es directamente observable en un analizador de espectro, mientras que S φ solo es observable si la señal pasa primero a través de un detector de fase. Otra medida del ruido del oscilador es L , que es simplemente S v normalizado a la potencia en la fundamental.
Cuando t → ∞ la fase del oscilador se desvía sin límite, y así S φ (Δ f ) → ∞ como Δ f → 0. Sin embargo, incluso cuando la fase se desvía sin límite, la excursión en el voltaje está limitada por el diámetro de el ciclo límite del oscilador. Por lo tanto, a medida que Δ f → 0, la PSD de v se aplana, como se muestra en la Figura 3 (eliminado debido al estado de copyright desconocido) . Cuanto más ruido de fase, mayor es el ancho de línea (mayor es la frecuencia de esquina) y menor amplitud de señal dentro del ancho de línea. Esto sucede porque el ruido de fase no afecta la potencia total en la señal, solo afecta su distribución. Sin ruido, S v ( f ) es una serie de funciones de impulso en los armónicos de la frecuencia de oscilación. Con el ruido, las funciones de impulso se expanden, engordando y acortando, pero conservando la misma potencia total.
Se considera que el ruido de voltaje S v es una pequeña señal fuera del ancho de línea y, por lo tanto, puede predecirse con precisión utilizando análisis de pequeña señal. Por el contrario, el ruido de voltaje dentro del ancho de línea es una señal grande (es lo suficientemente grande como para hacer que el circuito se comporte de manera no lineal) y no se puede predecir con análisis de señales pequeñas. Por lo tanto, el análisis de ruido de pequeña señal, como el que se encuentra disponible en los simuladores de RF, es válido solo hasta la frecuencia de la esquina (no modela la esquina en sí).
Osciladores y correlación de frecuencia
Con accionados sistemas cicloestacionaria que tienen una referencia de tiempo estable, la correlación de la frecuencia es una serie de funciones de impulso separa por f o = 1 / T . Por tanto, el ruido en f 1 se correlaciona con f 2 si f 2 = f 1 + kf o , donde k es un número entero y no de otro modo. Sin embargo, la fase producida por osciladores que exhiben ruido de fase no es estable. Y aunque el ruido producido por los osciladores se correlaciona a través de la frecuencia, la correlación no es un conjunto de impulsos igualmente espaciados como ocurre con los sistemas impulsados. En cambio, la correlación es un conjunto de impulsos difusos. Es decir, el ruido en f 1 se correlaciona con f 2 si f 2 = f 1 + kf o , donde k está cerca de ser un número entero.
Técnicamente, el ruido producido por los osciladores no es cicloestacionario. Esta distinción solo se vuelve significativa cuando la salida de un oscilador se compara con su propia salida del pasado distante. Esto podría ocurrir, por ejemplo, en un sistema de radar donde la salida actual de un oscilador podría mezclarse con la salida anterior después de que se retrasó al viajar hacia y desde un objeto distante. Ocurre porque la fase del oscilador se ha desviado aleatoriamente durante el tiempo de vuelo. Si el tiempo de vuelo es lo suficientemente largo, la diferencia de fase entre los dos se vuelve completamente aleatoria y las dos señales pueden tratarse como si no fueran sincronizadas. Por lo tanto, el ruido en la señal de retorno se puede considerar estacionario porque no es sincrónico con el LO, aunque la señal de retorno y el LO se derivan del mismo oscilador. Si el tiempo de vuelo es muy corto, entonces no hay tiempo para que la diferencia de fase entre los dos se vuelva aleatoria y el ruido se trata como si fuera simplemente cicloestacionario. Finalmente, si el tiempo de vuelo es significativo pero menor que el tiempo que tarda la fase del oscilador en aleatorizarse por completo, entonces la fase solo está aleatorizada parcialmente. En este caso, hay que tener cuidado de tener en cuenta la mancha en el espectro de correlación que se produce con los osciladores.