航空航天和国防工程师最关心的一个问题就是微波系统的工作环境。航空航天和军用设备往往是在剧烈冲击和颤动的环境中工作。例如，火箭会产生极 高频率的振动，喷气机会产生高‘G’过载，而大炮和高速运输车辆会产生剧烈震动。
图1. 射频信号受外部机械应力影响产生调制
图2. 有害激励的源头
微波系统可能受到冲击和颤动的影响。冲击和颤动通常会导致多余的信号调制，例如颤噪效应。温度应力能够影响微波系统工作，并造成振荡频率突然改变。某些材料和元器件易受到温度变化的影响，并在短时间内生成有害的频率调制。
通常，适当的锁相环设计能够降低或消除这些不良影响，并对生产出的产品进行最终测试更是不可缺少的。
锁相环元器件上有害激励可能来自多个方面。造成合成器的控制信号的频率和相位突然改变的原因多种多样。这一现象通常称为‘相位突变’。
相位突变是偶发的，但它却可以直接导致高性能通信系统中的信号质量下 降，而且它们的影响会随着数据速率的增加而增加。由于网络流量急剧增加造成数据速率持续增加，因此相位突变成为要消除的主要目标。
首先看看相位突变是什么意思？
相位突变是指在一个周期信号中，短时间内相位发生剧烈的变化。这种变化可以通过傅立叶变换或傅立叶级数来理解。当相位发生变化时，会导致信号的频率成分发生变化。
相位突变可定义为传输信号突然发生不可控制的相位变化，这种变化是随机发生的，通常持续几分之一秒。导致这一现象的原因可能是异种金属(以不同速率热胀冷缩) 发生温度变化，也可能是由于振动或冲击造成温度变化。
另外，检测和测量相位突变通常需要使用专门设计或调整的测试设备，以便能够测量并表征最多持续几十微秒的瞬变事件。
图3. 颤噪效应
图4. 陶瓷电容器中的 TCE失配
颤噪效应是电子设备中某些元器件的机械振动转变为多余电子信号(噪声)的一种现象。 通常，微波元器件对电子波长的机械调制非常敏感。如果机械运动的量相对电子波长变得非常巨大，则会使微波元器件对颤噪非常敏感。随着频率升高，电子波长变短，机械稳定性就变得越来越重要。
通常，您会发现电长度的直接机械调制仅是极度振动环境中的问题，而颤噪效应现象往往会重复出现并可通过物理方法仿真。
TCE膨胀热系数失配引起的相位突变
在避免相位突变问题时，热膨胀系数 (CTE) (即膨胀热系数或膨胀温度系数 (TCE) 是一个非常重要的材料性质。
大多数材料遇热都会膨胀。如果我们使用不同 TCE 的材料，这种不匹配会在射频中产生巨大的机械应力。如果突然释放该能量，就会导致相位突变。
高压积层陶瓷电容 (MLCC) 经常被应用在无线电路中。如果在锁相环 PLL 集成电路中的环路滤波器上使用有微裂的电容器，那么电容值可能突然发生变化。对于锁相环来说，电容突然发生变化将导致输出振荡器的相位突然出现偏移。如果相位跃变大于90° 或180°，随着鉴相器进入非线性区，可能会导致瞬间失锁。
如何执行频率边界触发, 以捕获颤噪效应/相位突变事件？
相位突变是一个多余的信号瞬变，会引起通信系统的载波同步失锁并可能导致比特误码。因此，自然需要对其相位保护带及持续周期进行测试。相位突变限制可定义为大于 45°，持续时间多于4 毫秒且出现周期为 60 秒。我们可将相位转换理解为频率转换，如果拥有以频率与时间关系测量数据为基础的专门的触发功能，便可以捕获这一现象。
图 5. 捕获多余的信号瞬变
图6. 信号源分析仪 SSA 频率边界触发功能( 视频输出模式 )
信号源分析仪 SSA 具有频率边界触发功能，能够捕获此类信号瞬变事件。
您可以在频率与时间关系测量页内设置频率边界。边界触发作为触发关闭模式来工作。当测得的频率超过您设置的频率边界时，信号源分析仪SSA自动触发并开始记录，直到存储器填满。记录长度是您在信号源分析仪SSA 中设置的时间长度。
根据频率范围，信号源分析仪SSA频率边界触发可提供十种频率边界，这也就是分析仪的中频带宽，最高可达 80MHz。首先，您需要知道您想要捕获哪类频率瞬变， 但您可以从列表中选择。
下面是最简化的信号源分析仪SSA瞬变测量模式和频率边界触发检测电路结构图。
射频信号从接收机(下变频到中频) 输出并进入到AD 转换器。AD 转换器的采样速率最高达125 MSa/s。数据输入到 FFT以获得频率数据，然后在内部存储器中进行记录。如果不出现触发信号，数据将被连续记录，就像是录音机一样。
图7. 信号源分析仪 频率边界触发(视频输出) 电路图
数字数据也被输入到触发检测电路中。该电路包括好几级数字滤波器和数字比较器。触发检测电路发出的数字电压数据与触发阈值电平进行比较。图7 所示为在频率边界输出模式中数字滤波器的输出信号。当频率超出频率边界时， 数字数据的电压相应地下降。
用户也可以修改阈值电平。上一个功能键菜单中有一个“最低功率电平 (minimum power level)” 输入，可确定阈值电平，单位为dB。
例如，如果您将-3 dB 设置为最小功率电平，则根据ADC 转换器的全量程，阈值电平为峰值电压的一半。
表1. 信号源分析仪 频率边界触发(视频输出模式) 性能总结
由于采样速率随着频率范围发生变化，因此仪器捕获事件的最小周期取决于您选择的频率范围。当您选择 80 MHz 或 25.6 MHz 频率范围时，可以捕获1 微秒 持续事件。捕获事件的最小时间周期越长，您选择的频率范围越窄。
采样分辨率也取决于所选的频率范围。
由于存储器长度有物理限制，因而最大记录长度是由时间分辨率来决定的。存储器硬件将记录长度限制为最长1000 秒，时间分辨率也受到最大记录点数(高达10000 点) 的限制。
例如，如果您选择1 微秒的时间分辨率，那么最大记录长度是10 毫秒。
图8. 被测锁相环
如下是实际器件的颤噪效应和相位突变测量的一些实例。被测件是锁相环 PLL电路， 包括 VCO、作为参考的晶体振荡器、PLL-IC 和环路滤波器。
图9. 颤噪效应测量实例
首先进行的是锁相环 PLL颤噪效应测量。进行颤噪效应测量时，我们对 DUT 进行机械震动，以观察 DUT 的信号瞬变行为。通常情况下，您还可以将 DUT 置于振动台上或使用冲击锤施加机械应力。
图10. 颤噪效应测量— 细节
记录数据包括 1001 点，因此通过缩放功能可以观察详细的瞬变特性。它还提供标准偏差的统计分析，以及指定时间周期内的频率和相位偏移峰峰值。
图11. 开环 VCO相位突变测量实例
其次是对自由振荡 VCO和锁定 PLL 的相位突变测量。使用温度控制柜对被测件施加温度应力，以执行相位突变测量。因为 VCO 在 tank-Q 电路中包含陶瓷电容器，所以 VCO 可在很短的时间内显示温度应力并生成振荡频率瞬变。
注意，VCO 是在自由振荡模式下工作，振荡频率在相位突变事件后发生变化。
图12. 锁相环PLL相位突变测量实例
图23. 相位突变测量— 细节
本例中，由于相位突变现象，第一个频率瞬变发生的时长是10 微秒或更长时间，而且返回到原始频率的时间是 50微秒。当频率超过边界时，具有频率边界触发功能的信号源分析仪能够在8 微秒或更短的时间内清晰地捕获到事件。
在产品设计中，表征锁相环的线性和非线性特性，是确定有害响应根本原因的关键。是德科技信号源分析仪(SSA) 具有世界级的射频瞬变测量性能，完美地满足了您捕获和分析锁相环PLL 非线性特性的要求，例如锁定时间测试和颤噪效应/相位突变现象等等。
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