AN-001: Understanding Phase Noise

Application Note AN-001 · By KCCS Engineering Team · Updated 2026 · 9 min read

The Phase Noise Metric

Phasenrauschen ist die am häufigsten genannte und am häufigsten falsch verstandene Oszillator-Spezifikation. Es misst, wie viel Energie der Oszillator in Seitenbänder um den Träger streut, angegeben in dBc/Hz bei einer bestimmten Offsetfrequenz. Eine Zahl wie "-160 dBc/Hz @ 1 kHz" bedeutet, dass in einem 1-Hz-Band 1 kHz vom Träger entfernt die Rauschleistung 160 dB unter der Trägerleistung liegt.

Niedriger ist besser. Jede 10-dB-Verbesserung reduziert das Seitenbandrauschen um den Faktor 10. Von -140 auf -170 dBc/Hz ist eine 1000-fache Reduktion.

Why Offset Frequency Matters More Than the Headline Number

Ein Datenblatt, das "-170 dBc/Hz" ohne Angabe der Offsetfrequenz nennt, ist bedeutungslos. Derselbe Oszillator kann -110 dBc/Hz bei 1 Hz, -150 dBc/Hz bei 100 Hz und -170 dBc/Hz bei 1 kHz messen. Der Kurvenverlauf sagt weit mehr als jeder einzelne Punkt.

Nah-offset (1 Hz bis 10 Hz) ist wichtig für Radar- und EW-Anwendungen, wo kleine Ziele nahe bei starker Streuung liegen. Fern-offset (10 kHz bis 1 MHz) ist wichtig für Breitbanddigitalempfänger und SerDes-Jitter.

Phase Noise vs Integrated Jitter

Phasenrauschen ist eine Frequenzbereich-Spezifikation. Jitter ist das Zeitbereichs-Äquivalent. Zur Umrechnung integriert man die Phasenrauschleistung über den für das System relevanten Offsetbereich.

Jitter (RMS) = sqrt(2 × 10^(L(f)/10) × df) / (2π f₀)

wobei L(f) das Phasenrauschen in dBc/Hz und f₀ die Trägerfrequenz ist. In der Praxis lassen Datenblätter mit beiden Werten die Rechnung überflüssig. Ein hochwertiger OCXO bei 10 MHz integriert typischerweise zu weniger als 0,2 ps RMS Jitter über 12 kHz bis 20 MHz.

Why Two "170 dBc/Hz" Oscillators Are Not the Same

Messbandbreite, Detektortyp und Trägerfrequenz beeinflussen den Wert. Zwei Oszillatoren mit -170 dBc/Hz @ 1 kHz können in Ihrem System unterschiedlich abschneiden, wenn einer bei 10 MHz und der andere bei 100 MHz gemessen wurde, oder wenn einer einen Schmalband-Phasendetektor und der andere ein Spektrumanalysator verwendet. Fordern Sie immer das vollständige Phasenrausch-Diagramm an, nicht nur die Headline-Zahl.