【题目编号】MC3-1269
【题目】有时，使用锁相环频率合成器的本机振荡器（LO）会为混频之后的信号增添相位噪声。可能的原因是：
【答案】ABC（多选题）
[A]从鉴相检测 LO 的频率漂移到滤波产生环路的校正电压需要一定时间。该时延造成本振信号中的宽带相位噪声不能得到充分抑制
[B]锁相环路中的压控振荡器（VCO）多为宽带可调谐 LC 振荡器。相比石英晶体振荡器等窄带振荡器，其输出相位噪声会在本质上更大一些
[C]有些频率合成器采用多次混频方案，多个 VCO 的相位噪声的叠加使输出信噪比下降
[D]频率合成器中的数字分频电路在信号电平跳变时会产生谐波，并因此产生相位噪声
考点速览
这道三选题问的是锁相环频率合成器当本机振荡器时，为什么会给混频之后的信号添上相位噪声。三个正确选项分别指向环路对宽带噪声抑制不足、压控振荡器本身品质因数偏低、以及多次混频方案的噪声累加；唯一的错误选项把数字分频器的谐波说成了相位噪声的来源。
相位噪声是什么，为什么要紧
任何真实振荡器的输出都不是一根干净的谱线，载波两侧还有一片随机的相位起伏，在频谱上表现为裙边。工程上用相位噪声（phase noise）描述它：在偏离载波某个频率处、一赫兹带宽内的单边带噪声功率与载波功率之比，单位是相对载波的分贝数每赫兹。数值越负越好。
接收机对本机振荡器的相位噪声特别敏感。邻道有一个强信号时，它会与本振的噪声裙边在混频器里相乘，一部分能量正好落进中频通带，把底噪整体抬高，这种现象叫倒易混频（reciprocal mixing）。结果是接收机在强信号附近"变聋"。若收发信机还要解调数字调制信号，本振噪声还会让星座点发散、误差矢量幅度变差。
环路带宽为什么管不住宽带噪声
锁相环的结构是参考振荡器、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器（voltage-controlled oscillator，VCO），VCO 的输出经分频后送回鉴相器比较，锁定后输出频率等于参考频率乘分频比。
环路对不同来源的噪声有截然不同的传递形状：对参考振荡器来的噪声呈低通，对 VCO 自身的噪声呈高通。环路带宽以内的 VCO 噪声被负反馈压下去，环路带宽以外 VCO 就近似自由振荡，噪声原封不动出现在输出上。于是 VCO 的远端噪声成了主导。
那为什么不做宽环路带宽、多压一些噪声呢？因为鉴相频率、环路滤波器和数字分频环节都引入时延，带宽一宽相位余量就不够，环路会振铃甚至失锁，实际取值往往只有鉴相频率的十分之一到二十分之一。这是环路能力的硬边界。
参考与鉴相频率也参与决定噪声
环路带宽的具体取值不是随手定的。鉴相器每来一个参考周期才更新一次校正信息，环路滤波器本身也带相位滞后，加上数字分频环节的时延，带宽取得过宽会让相位余量耗尽，环路出现振铃甚至失锁。工程上的经验做法是把带宽压到鉴相频率的十分之一到二十分之一。这就形成一个两难：想多压一些 VCO 的宽带噪声，就得把带宽放宽；想把环路做稳、把参考杂散滤干净，就得把带宽收窄。合成器的设计实际上是在这两者之间取舍，而取舍的结果就是本题 A 选项描述的残留噪声。
参考振荡器本身的质量同样直接决定输出。环路对参考噪声呈低通，参考近端的噪声会原样搬到输出，并按分频比抬高。所以晶振选得差，后面的环路再讲究也救不回来。这条与 A、B 两项并不冲突：A 讲的是环路带宽之外 VCO 噪声泄出的通道，B 讲的是 VCO 自身的噪声底子，两个因素各自独立起作用。
逐项辨析
选项 A 正确。它讲的正是上面那条硬边界：从鉴相器检出频率漂移，到滤波网络建立起校正电压，需要一段时间，这个时延限制了环路带宽，使得本振信号里宽带部分的相位噪声得不到充分抑制。
选项 B 正确。为了覆盖宽频段，VCO 普遍采用变容二极管调谐的宽带电感电容振荡器，有载品质因数通常只有几十到一两百；石英晶体振荡器的品质因数可以高出好几个数量级。按通行的振荡器噪声模型，相位噪声与有载品质因数的平方成反比，品质因数越低噪声越大这是原理性的差距，不是工艺问题。
选项 C 正确。多次混频的合成方案里，参与混频的每一个本振都把自己的相位噪声搬到输出上，几路噪声非相干相加，噪声功率叠加，输出信噪比因此变差。级联的环节越多，累积的噪声越重。
选项 D 错误。数字分频器输出的是方波，确实富含谐波，但谐波是落在二倍、三倍基频这些远离载波的位置，用一只滤波器就能处理掉，与紧贴载波的相位噪声不是同一个东西。更关键的是，分频对相位噪声是改善作用：相位起伏随分频比等比缩小，折算到输出相当于降低二十分贝乘以分频比的对数那么多。把"跳变产生谐波"当成相位噪声的来源，概念本身就串了。
记忆与判断
三个来源可以记成一句话：环路带宽有限、振荡器品质因数低、多环级联累加。判断选项时抓住一点——相位噪声一定紧贴载波，谐波一定远离载波，凡是拿谐波解释相位噪声的说法都站不住。
应试要点
本振相位噪声的恶果叫倒易混频，表现为强信号附近底噪抬高。对策方向有三条：把环路带宽设计得合理、选用高品质因数的振荡回路或晶体参考、减少混频级数。记住分频比对相位噪声是改善而非恶化，这一条能直接筛掉关于数字分频的干扰项。
