相位噪聲反映的是單載波信號的頻譜純度，如果沒有相位噪聲，信號的所有功率都應集中在其振蕩頻率f0處（下圖左Carrier），這個理想信號用Asin（ωt）表示。由于存在相位噪聲（下圖左Noise），相當于在理想信號上調制了一個Φ（t）相位信號，此時整個信號表示為Asin（ωt+Φ（t））。在頻譜上體現為一部分功率擴展到相鄰的頻率中去，形成邊帶（下圖右）。相噪定義為單邊帶某一給定偏移頻率fn處1Hz帶寬內的功率Pn與信號總功率Ps比值的對數，即 10lg（Pn/Ps），相噪以dBc/Hz@fn為單位來表示。這里dBc的含義是某頻點功率與信號總功率的比值（下圖右），對應于時鐘相位偏移與時鐘周期的比值。
相噪測量
相噪測量一般使用相噪儀進行，由于技術發展，現在相噪儀不僅可以測量相噪，還可以分析電源等其它信號的噪聲，所以相噪儀也稱為信號分析儀。相噪儀的原理與頻譜儀類似，但是更加精密，并增加了一些特定的分析功能，因此使用頻譜儀也可以粗略地測試相噪。相噪儀測試相噪有多種測量方法，但使用zui廣泛的還是頻譜分析法和鑒相法這兩種測量原理。
頻譜分析法
頻譜分析法是對時鐘信號進行頻譜分析，先測量信號總功率Ps，再測量某一偏移頻率出的功率Pn，再經過計算便可得到該被測時鐘的單邊帶相位噪聲。頻譜分析法是一種簡單直接的相噪分析技術，適宜于測量漂移較小但相位噪聲相對較高的信號；但是頻譜分析法不能分辨出調幅噪聲和相位噪聲，測試波形不太的時鐘信號相噪時會存在較大誤差；另外由于頻譜儀的動態范圍和zui小分辨帶寬的限制，測量精度受限。
鑒相法
鑒相法采用外差混頻方式將被測時鐘信號轉化至中頻，在中頻用一個鎖相環提取出被測時鐘信號的載波信號，再將該信號與被測信號正交鑒相，從而提取被測時鐘信號的相位噪聲Φ（t） ，處理后得到頻域相噪SΦ（f） ，進一步積分可以得到L(f) ，L(f)對應于RMS相噪。鑒相法的優點是動態范圍大，相噪電平采用低噪放大器提高靈敏度，并且可以分辨調幅噪聲和相位噪聲。
另外，鑒相法還可以進一步增加互相關技術來增加靈敏度。互相關技術是將兩路鑒相法組合起來，對其輸出信號執行互相關操作。待測時鐘的噪聲通過每路通道仍然是相關的，不受互相關影響；每路通道內部產生的噪聲是不相關的，被互相關操作抑制。引入互相關技術后無需特別精密的器件就可以實現更高的測量靈敏度。
