Fonaments bàsics sobre la figura del soroll: què és i com utilitzar-lo per ajudar-lo a dissenyar un receptor: etapa única.

Noise Figure (NF): un mite i també un important paràmetre RF.

És un dels termes que moltes persones de la RF tenen dificultats per comprendre i aplicar realment.

Hi ha fórmules complicades que et permeten confondre’s una vegada que treballis a través d’elles.

I és possible que tingueu problemes per aplicar-les correctament per dissenyar un receptor.

A l'hora de dissenyar circuits per utilitzar amb senyals extremadament febles, és important considerar el soroll.

La figura de soroll (NF) és una mesura de la quantitat que un dispositiu degrada la relació de senyal a soroll (SNR), amb valors inferiors que indiquen un millor rendiment.

La contribució de soroll de cada dispositiu a la ruta del senyal ha de ser prou baixa perquè no degradi significativament la relació Senyal a Soroll.

Us ensenyaré aquells conceptes de RF ràpids i habituals i, finalment, podreu dissenyar i completar projectes de RF i productes vendibles en molt poc temps sense equivocar-vos.

També proporcionaré uns quants recursos per a aquells que voldreu obtenir més informació avançada.

Què és “kTB”?
Abans de parlar del factor de soroll i la figura de soroll, hem de conèixer millor el soroll del receptor.

El primer que hem de saber és que hi ha un soroll tèrmic a tot l’espai i aquesta és la potència de soroll mínima que necessitem afrontar i manejar.

De cap manera ens podem desfer.

El disseny del receptor hauria estat molt més senzill si no existís aquest soroll bàsic.

Tots els altres tipus de sorolls no són desitjables i hauríem de fer tot el possible per minimitzar-los.

Normalment expressem soroll en watts, ja que és un tipus de potència.

L’amplitud d’aquesta potència de soroll tèrmic és:

Soroll tèrmic = k (Joules / ˚K) × T (˚K) × B (Hz)

On k és la constant de Boltzmann a Joules / ˚K, T és la temperatura a ° Kelvin (° K) i B és l'amplada de banda a Hz.

Si,
k = 1.38 × 10−23
T = 290 ° K (equivalent a 17 ° C o 62.6 ° F)
I,
B = 1 Hz
Llavors,
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 × 10−21 W / Hz
= 4.002 × 10–18mW / Hz

Si el convertim a dBm, aleshores,
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0−180 = −174dBm / Hz
Aquesta és la quantitat de potència del soroll tèrmic en una amplada de banda d’1 Hz a 17 ° C i heu de recordar aquest número per cor abans de treballar amb Noise Figure.

Soroll tèrmic i temperatura:

La taula següent mostra el soroll tèrmic per hertz versus temperatura:

Com podeu veure en aquesta taula, la diferència de soroll tèrmic entre aquestes 2 temperatures extremes -40 ° C i 75 ° C només és

−173.2−174.9 = 1.7dBm

Per tant, per comoditat, normalment prenem com a referències el nombre mitjà de 17 ° C (290 ° K) i -174 dBm.

Amplada de banda de soroll tèrmic i freqüència de funcionament:

Per a 1 MHz d'ample de banda,

Soroll tèrmic = −174dBm + 10log (1 × 106)

= −114dBm

Embalajarem el "soroll tèrmic" amb 2 preguntes per provar el que sabeu sobre aquest terme. Heu de conèixer-ho a fons abans de continuar veient aquest paràmetre important “Figura del soroll” que comentarem a continuació:

Q1:  Quants dBm per hertz té el soroll tèrmic a -25 ° C?

Ans.     -174.7 dBm

Q2: Quants dBm té el soroll tèrmic total amb una amplada de banda de 250 kHz a 65 ° C?

Ans.     -119.3 dBm


Ràtio de senyal de soroll (SNR)
 


La sensibilitat del receptor és una mesura de la capacitat d’un receptor per demodular i obtenir informació d’un senyal feble. Quantifiquem la sensibilitat com el nivell de potència del senyal més baix del qual podem obtenir informació útil.

El senyal més feble que un receptor pot discriminar és la funció de la quantitat de soroll tèrmic que el receptor afegeix al senyal. La relació senyal / soroll és la forma més convenient de quantificar aquest efecte.

Per a la relació de senyal i soroll,

SNRin = Sin / Nin

On Sin és el nivell de senyal d'entrada i Nin és el nivell de soroll d'entrada.

Per a la relació de senyal de sortida / soroll,

SNRout = Sout / Nout

On Sout és el nivell de senyal de sortida i Nout és el nivell de soroll de sortida.

Com que kTB és a tot arreu, Sout / Nout mai pot ser millor que Sin / Nin. Per tant, la millor situació que podeu tenir és:

Sout / Nout = Sin / Nin, (SNRout = SNRin)
 
Factor de soroll (F) i
Figura del soroll (NF)
Cal anar definint aquests dos termes “Faise Noise” i “Noise Figure” abans d’anar més enllà.

Noise Factor (F) = Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
El factor de soroll és una mesura de la degradació de la relació de senyal i soroll per un dispositiu.

Heu de recordar aquesta definició de cor abans de poder treballar amb el soroll.

Un circuit electrònic perfecte (que no existeix) tindria un factor de soroll d’1.

Al món real, sempre és superior a 1.

I simplement,

= registre (SNRin) −log (SNRout)

La figura de soroll és sempre superior a 0 dB.

Voldria explicar aquests dos termes importants mitjançant 2 exemples següents i espero que passareu temps per seguir-los a cada pas.

Exemple #1
Si el circuit electrònic és transparent, el guany és 0, el nivell de soroll intern Nckt també és 0.

Ans.

Des que Sin = Sout i Nin = Nout

Factor de soroll (F) = 1 i

Figura de soroll (NF) = 10log (1) = 0

Aquest tipus de circuit gairebé no existeix.

Exemple #2
Si el circuit electrònic és un atenuador de xarxa π de resistència de 6 dB (-6 DB), quin és el factor de soroll?

Ans.

Tant Sin com Nin tenen 6 dB de pèrdues, així

Sout = (1/4) Pecat i suposadament,

Nout = (1/4) Nin

Però el mínim soroll tèrmic en qualsevol lloc és kTB.

Per tant,
Nout = kTB
Per tant,
Noise Factor (F) = Sin / NinSout / Nout
= Sin / kTB (1/4) Sin / kTB = 4
I,
Figura de soroll (NF) = 10log (4) = 6dB
La xifra de soroll és exactament la mateixa que l’atenuació 6dB, com s’esperava.

Exemple #3

Un amplificador té un guany de 12 dB i el soroll és de 3 dB,

(a) quin és el nivell de soroll per Hz (en dBm) al port de sortida i

(b) quin és el soroll addicional per Hz (en dBm) creat en aquest amplificador?




Ans.

(a).
Ja que
Per tant,

Sout = 16 × Sin

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

Per tant, el nivell de soroll (en dBm) al port de sortida és:

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= −159.0dBm

(b).

i

Nout = 16 × Nin + (x + 1) kTB = (17 + x) kTB

F = Sin / kTB16Sin / (17 + x) kTB = 2

Després d’uns quants passos d’operació

x = 15

Així doncs, el soroll addicional (en dBm) creat en aquest amplificador és:

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 × 10−17mW = −162.2dBm

 

D'acord per arribar a aquest article. T'agrada saber si realment entén què és Figura de soroll i com utilitzar-la? Descobreix aquestes dues preguntes:

P1: un LNA té un guany de 20 dB. Si el nivell de soroll mesurat al port de sortida és de -152 dBm / Hz, aleshores, quin és el NF d’aquest amplificador?

Resposta. 2 dB

P2: El NF d’un amplificador és d’1.0 dB i l’amplada de banda de la freqüència de funcionament és de 200 kHz, si el nivell de soroll del port de sortida mesurat és de -132 dBm, quin és el guany d’aquest amplificador?

Resposta. 18 dB

Deixa un missatge 

Llista de missatges