Βασικά στοιχεία αριθμού θορύβου (NF): Τι είναι και πώς να το χρησιμοποιήσετε για να σας βοηθήσουμε να σχεδιάσετε έναν δέκτη - ένα στάδιο.

Σχήμα θορύβου (NF): ένας μύθος καθώς και μια σημαντική παράμετρος RF.

Είναι ένας από τους όρους που πολλοί άνθρωποι RF δυσκολεύονται να κατανοήσουν και να εφαρμόσουν.

Υπάρχουν περίπλοκοι τύποι που θα σας προκαλέσουν σύγχυση μόλις τις επεξεργαστείτε.

Και μπορεί να έχετε δυσκολία να τα εφαρμόσετε σωστά για να σχεδιάσετε έναν δέκτη.

Κατά το σχεδιασμό κυκλωμάτων για χρήση με εξαιρετικά αδύναμα σήματα, ο θόρυβος είναι μια σημαντική εκτίμηση.

Το Σχήμα Θορύβου (NF) είναι ένα μέτρο του πόσο υποβιβάζει μια συσκευή το λόγο σήματος προς θόρυβο (SNR), με χαμηλότερες τιμές που δείχνουν καλύτερη απόδοση.

Η συνεισφορά θορύβου κάθε συσκευής στη διαδρομή σήματος πρέπει να είναι αρκετά χαμηλή ώστε να μην υποβαθμίζει σημαντικά την αναλογία σήματος προς θόρυβο.

Θα σας δείξω αυτές τις εύκολες και κοινές έννοιες RF και τελικά θα είστε σε θέση να σχεδιάσετε και να ολοκληρώσετε έργα RF και πωλήσιμα προϊόντα σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα χωρίς να κάνετε πολλά λάθη.

Θα παράσχω επίσης μερικούς πόρους για όσους από εσάς θέλετε να μάθετε περισσότερες σύνθετες λεπτομέρειες.

Τι είναι το "kTB";
Πριν συζητήσουμε το Noise Factor και το Noise Figure, πρέπει να γνωρίζουμε καλύτερα για το θόρυβο του δέκτη.

Το πρώτο πράγμα που πρέπει να γνωρίζουμε είναι ότι υπάρχει θερμικός θόρυβος παντού στον χώρο και αυτή είναι η ελάχιστη ισχύς θορύβου που πρέπει να αντιμετωπίσουμε και να χειριστούμε.

Κανένας τρόπος δεν μπορούμε να το ξεφορτωθούμε.

Ο σχεδιασμός του δέκτη θα ήταν πολύ ευκολότερος εάν δεν υπήρχε αυτός ο βασικός θόρυβος.

Όλοι οι άλλοι τύποι θορύβου δεν είναι επιθυμητοί και πρέπει να κάνουμε το καλύτερο δυνατό για να τους ελαχιστοποιήσουμε.

Συνήθως εκφράζουμε θόρυβο σε βατ, καθώς είναι ένας τύπος ισχύος.

Το πλάτος αυτής της ισχύος θερμικού θορύβου είναι:

Θερμικός θόρυβος = k (Joules / ˚K) × T (˚K) × B (Hz)

Όπου k είναι η σταθερά του Boltzmann στα Joules / ˚K, το T είναι η θερμοκρασία σε ° Kelvin (° K) και το B είναι το εύρος ζώνης σε Hz.

Αν,
k = 1.38 × 10-23
T = 290 ° K (ισοδύναμο με 17 ° C ή 62.6 ° F)
Και,
Β = 1Hz
Στη συνέχεια,
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 × 10-21W / Hz
= 4.002 × 10−18mW / Hz

Εάν το μετατρέψουμε σε dBm, τότε,
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0-180 = −174dBm / Hz
Αυτό είναι το ποσό ισχύος θερμικού θορύβου σε εύρος ζώνης 1 Hz στους 17 ° C και θα πρέπει να θυμάστε αυτόν τον αριθμό από καρδιάς προτού εργαστείτε με το σχήμα θορύβου.

Θερμικός θόρυβος και θερμοκρασία:

Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τον θερμικό θόρυβο ανά hertz έναντι της θερμοκρασίας:

Όπως μπορείτε να δείτε σε αυτόν τον πίνακα, η διαφορά θερμικού θορύβου μεταξύ αυτών των 2 ακραίων θερμοκρασιών -40 ° C και 75 ° C είναι μόνο

−173.2−174.9 = 1.7dBm

Επομένως, για λόγους ευκολίας, συνήθως λαμβάνουμε τον μεσαίο αριθμό 17 ° C (290 ° K) & -174 dBm ως αναφορές.

Εύρος ζώνης θερμικού θορύβου και λειτουργίας:

Για εύρος ζώνης 1 MHz,

Θερμικός θόρυβος = −174dBm + 10log (1 × 106)

= −114dBm

Θα ολοκληρώσουμε τον «θερμικό θόρυβο» με 2 ερωτήσεις για να δοκιμάσουμε πόσα γνωρίζετε για αυτόν τον όρο. Πρέπει να το γνωρίζετε καλά προτού συνεχίσετε να βλέπετε αυτήν τη σημαντική παράμετρο «Σχήμα θορύβου» που θα συζητήσουμε παρακάτω:

Q1:  Πόσα dBm ανά hertz είναι ο θερμικός θόρυβος στους -25 ° C;

Ans.     -174.7 dBm

Q2: Πόσα dBm είναι ο συνολικός θερμικός θόρυβος με εύρος ζώνης 250 kHz στους 65 ° C;

Ans.     -119.3 dBm


Δείκτης σήματος προς θόρυβο (SNR)
 


Η ευαισθησία του δέκτη είναι ένα μέτρο της ικανότητας ενός δέκτη να αποδιαμορφώνει και να λαμβάνει πληροφορίες από ένα αδύναμο σήμα. Υπολογίζουμε την ευαισθησία ως το χαμηλότερο επίπεδο ισχύος σήματος από το οποίο μπορούμε να λάβουμε χρήσιμες πληροφορίες.

Το πιο αδύναμο σήμα που μπορεί να διακρίνει ένας δέκτης είναι μια συνάρτηση του πόσο θερμικός θόρυβος προσθέτει ο δέκτης στο σήμα. Ο λόγος σήματος προς θόρυβο είναι ο πιο βολικός τρόπος ποσοτικοποίησης αυτού του αποτελέσματος.

Για αναλογία σήματος εισόδου προς θόρυβο,

SNRin = Sin / Nin

Όπου το Sin είναι το επίπεδο σήματος εισόδου και το Nin είναι το επίπεδο θορύβου εισόδου.

Για αναλογία σήματος εξόδου προς θόρυβο,

SNRout = Sout / Nout

Όπου το Sout είναι το επίπεδο σήματος εξόδου και το Nout είναι το επίπεδο θορύβου εξόδου.

Δεδομένου ότι το kTB είναι παντού, το Sout / Nout δεν μπορεί ποτέ να είναι καλύτερο από το Sin / Nin. Επομένως, η καλύτερη κατάσταση που μπορείτε να έχετε είναι:

Sout / Nout = Sin / Nin, (SNRout = SNRin)
 
Παράγοντας θορύβου (F) &
Σχήμα θορύβου (NF)
Πρέπει να ορίσουμε αυτούς τους δύο όρους "Noise Factor" και "Noise Figure" πριν προχωρήσουμε περαιτέρω.

Παράγοντας θορύβου (F) = Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
Ο παράγοντας θορύβου είναι ένα μέτρο του τρόπου υποβάθμισης της αναλογίας σήματος προς θόρυβο από μια συσκευή.

Πρέπει να θυμάστε αυτόν τον ορισμό από καρδιάς για να μπορέσετε να εργαστείτε με το Noise Figure.

Ένα τέλειο ηλεκτρονικό κύκλωμα (το οποίο δεν υπάρχει) θα έχει συντελεστή θορύβου 1.

Στον πραγματικό κόσμο, είναι πάντα μεγαλύτερο από το 1.

Και απλά,

= log (SNRin) −log (SNRout)

Ο αριθμός θορύβου είναι πάντα μεγαλύτερος από 0 dB.

Θα ήθελα να εξηγήσω αυτούς τους 2 σημαντικούς όρους χρησιμοποιώντας 3 παραδείγματα παρακάτω και ελπίζω ότι θα χρειαστείτε χρόνο για να ακολουθήσετε κάθε βήμα.

Παράδειγμα # 1
Εάν το ηλεκτρονικό κύκλωμα είναι διαφανές, τότε το κέρδος είναι 0, το εσωτερικό επίπεδο θορύβου Nckt είναι επίσης 0.

Ans.

Από Sin = Sout και Nin = Nout

Συντελεστής θορύβου (F) = 1 και

Σχήμα θορύβου (NF) = 10log (1) = 0

Αυτός ο τύπος κυκλώματος σχεδόν δεν υπάρχει.

Παράδειγμα # 2
Εάν το ηλεκτρονικό κύκλωμα είναι εξασθενητής δικτύου π αντίστασης 6 dB (-6 DB), ποιος είναι ο παράγοντας θορύβου;

Ans.

Τόσο το Sin όσο και το Nin έχουν απώλειες 6 dB, έτσι

Sout = (1/4) Αμαρτία και υποτίθεται,

Nout = (1/4) Nin

Αλλά ο ελάχιστος θερμικός θόρυβος οπουδήποτε είναι kTB.

Έτσι
Nout = kTB
Ως εκ τούτου,
Παράγοντας θορύβου (F) = Sin / NinSout / Nout
= Sin / kTB (1/4) Sin / kTB = 4
Και,
Σχήμα θορύβου (NF) = 10log (4) = 6dB
Η τιμή θορύβου είναι ακριβώς η ίδια με την εξασθένηση 6dB, όπως αναμενόταν.

Παράδειγμα # 3

Ένας ενισχυτής έχει κέρδος 12 dB και η τιμή θορύβου είναι 3 dB,

α) ποιο είναι το επίπεδο θορύβου ανά Hz (σε dBm) στη θύρα εξόδου, και

(b) ποιος είναι ο επιπλέον θόρυβος ανά Hz (σε dBm) που δημιουργείται σε αυτόν τον ενισχυτή;




Ans.

(ένα).
Από,
Έτσι

Sout = 16 × Αμαρτία

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

Ως εκ τούτου, το επίπεδο θορύβου (σε dBm) στη θύρα εξόδου είναι:

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= −159.0dBm

(σι).

Και

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

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

Μετά από λίγα βήματα λειτουργίας

x = 15

Έτσι, ο επιπλέον θόρυβος (σε dBm) που δημιουργείται σε αυτόν τον ενισχυτή είναι:

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 × 10−17mW = −162.2dBm

 

Εντάξει, ήρθε η ώρα να ολοκληρώσετε αυτό το άρθρο. Θέλετε να μάθετε αν καταλαβαίνετε πραγματικά τι είναι το Noise Figure και πώς να το χρησιμοποιήσετε; Μάθετε από αυτές τις 2 ερωτήσεις:

Q1: Ένα LNA έχει κέρδος 20 dB. Εάν το μετρούμενο επίπεδο θορύβου στη θύρα εξόδου είναι -152 dBm / Hz, τότε ποιο είναι το NF αυτού του ενισχυτή;

Απ. 2 dB

Q2: Το NF ενός ενισχυτή είναι 1.0 dB και το εύρος ζώνης συχνότητας λειτουργίας είναι 200 ​​kHz, εάν το μετρούμενο επίπεδο θορύβου θύρας εξόδου είναι -132 dBm, ποιο είναι το κέρδος αυτού του ενισχυτή;

Απ. 18 dB

Αφήστε μήνυμα 

Λίστα μηνυμάτων