Triukšmo paveikslo (NF) pagrindai: kas tai ir kaip juo naudotis, kad padėtų suprojektuoti imtuvą - vienas etapas.

Triukšmo paveikslas (NF): mitas, taip pat svarbus RF parametras.

Tai yra viena iš sąlygų, kurią daugeliui RF žmonių sunku suprasti ir pritaikyti.

Taikomos sudėtingos formulės, kurios gali jus labai supainioti, kai tik dirbsite su jomis.

Jums gali kilti sunkumų tinkamai juos pritaikyti imtuvo dizainui.

Projektuojant grandines, skirtas naudoti su ypač silpnais signalais, svarbu atsižvelgti į triukšmą.

Triukšmo paveikslas (NF) yra matuojamas, kiek prietaisas pablogina signalo ir triukšmo santykį (SNR), o mažesnės vertės rodo geresnį veikimą.

Kiekvieno prietaiso skleidžiamas triukšmas signalo kelyje turi būti pakankamai mažas, kad jis žymiai nepablogintų signalo ir triukšmo santykio.

Parodysiu jums tas paprastas ir įprastas radijo dažnių sąvokas ir galiausiai galėsite per labai trumpą laiką suprojektuoti ir užbaigti RF projektus ir parduodamus produktus nepadarydami daug klaidų.

Taip pat pateiksiu keletą šaltinių tiems iš jūsų, kurie norėtų sužinoti išsamesnę informaciją.

Kas yra „kTB“?
Prieš aptardami triukšmo faktorių ir triukšmo paveikslą, turime geriau žinoti apie imtuvo triukšmą.

Pirmas dalykas, kurį turime žinoti, kad visur erdvėje yra šiluminis triukšmas, ir tai yra minimali triukšmo galia, su kuria turime susidurti ir ją valdyti.

Jokiu būdu negalime jo atsikratyti.

Imtuvo dizainas būtų buvęs daug lengvesnis, jei šio pagrindinio triukšmo nebūtų buvę.

Visų kitų rūšių triukšmas nėra pageidautinas, ir mes turėtume padaryti viską, kad jų būtų kuo mažiau.

Paprastai triukšmą išreiškiame vatais, nes tai yra vienos rūšies galia.

Šios šiluminio triukšmo galios amplitudė yra:

Šiluminis triukšmas = k (džauliai / ˚K) × T (˚K) × B (Hz)

Kur k yra Boltzmanno konstanta džauliais / ˚K, T yra temperatūra, išreikšta kelvinų (° K), o B - juostos plotis, išreikštas Hz.

Jei
k = 1.38 × 10−23
T = 290 ° K (atitinka 17 ° C arba 62.6 ° F)
Ir,
B = 1Hz
Tada,
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 × 10–21 W / Hz
= 4.002 × 10–18 mW / Hz

Jei paversime jį dBm, tada,
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0−180 = −174dBm / Hz
Tai yra 1 Hz dažnių juostos pločio @ 17 ° C šiluminio triukšmo galios kiekis, ir jūs turėtumėte prisiminti šį skaičių nuoširdžiai prieš dirbdami su triukšmo paveikslu.

Šiluminis triukšmas ir temperatūra:

Žemiau esančioje lentelėje parodytas šiluminis triukšmas, tenkantis vienam herkui ir temperatūrai:

Kaip matote šioje lentelėje, šiluminis triukšmo skirtumas tarp šių 2 kraštutinių temperatūrų -40 ° C iki 75 ° C yra tik

−173.2−174.9 = 1.7 dBm

Todėl patogumo sumetimais mes paprastai laikome vidurinį skaičių 17 ° C (290 ° K) ir -174 dBm.

Šiluminis triukšmas ir veikimo dažnio pralaidumas:

1 MHz pralaidumui

Šiluminis triukšmas = −174dBm + 10log (1 × 106)

= −114dBm

Mes apimsime „terminį triukšmą“ su 2 klausimais, kad patikrintume, kiek žinote apie šį terminą. Prieš pradėdami matyti šį svarbų parametrą „Triukšmo pavidalas“, kurį aptarsime toliau, turite jį gerai žinoti.

Q1:  Kiek dBm per hertą yra šiluminis triukšmas esant -25 ° C?

Ans.     -174.7 dBm

Q2: Kiek dBm yra bendras šiluminis triukšmas, kai juostos plotis yra 250 kHz, esant 65 ° C?

Ans.     -119.3 dBm


Signalo ir triukšmo santykis (SNR)
 


Imtuvo jautrumas yra imtuvo gebėjimo demoduliuoti ir gauti informaciją iš silpno signalo matas. Jautrumą mes apibūdiname kaip žemiausią signalo galios lygį, iš kurio galime gauti naudingos informacijos.

Silpniausias signalas, kurį imtuvas gali atskirti, priklauso nuo to, kiek šiluminio triukšmo imtuvas prideda prie signalo. Signalo ir triukšmo santykis yra patogiausias būdas įvertinti šį efektą.

Įvesties signalo ir triukšmo santykis,

SNRin = Sin / Nin

Kur Sin yra įvesties signalo lygis, o Nin yra įvesties triukšmo lygis.

Išėjimo signalo ir triukšmo santykis

SNRout = „Sout / Nout“

Kur Sout yra išėjimo signalo lygis, o Nout - išėjimo triukšmo lygis.

Kadangi kTB yra visur, „Sout / Nout“ niekada negali būti geresnis už „Sin / Nin“. Todėl geriausia situacija, kokia gali būti, yra:

„Sout / Nout“ = Sin / Nin, (SNRout = SNRin)
 
Triukšmo faktorius (F) ir
Triukšmo rodiklis (NF)
Prieš eidami toliau, turime apibrėžti šias dvi sąvokas: „Triukšmo faktorius“ ir „Triukšmo paveikslas“.

Triukšmo faktorius (F) = Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
Triukšmo koeficientas yra matas, rodantis, kaip prietaisas mažina signalo ir triukšmo santykį.

Prieš pradėdami dirbti su „Noise Figūra“, turite prisiminti šį apibrėžimą iš širdies.

Tobulos elektroninės schemos (kurios nėra) triukšmo koeficientas būtų 1.

Realiame pasaulyje ji visada yra didesnė už 1.

Ir paprasčiausiai,

= prisijungti (SNRin) −log (SNRout)

Triukšmo rodiklis visada yra didesnis nei 0 dB.

Norėčiau paaiškinti šiuos 2 svarbius terminus, naudodamas 3 toliau pateiktus pavyzdžius, ir tikiuosi, kad jums prireiks laiko atlikti kiekvieną žingsnį.

1 pavyzdys
Jei elektroninė schema yra skaidri, tada padidėjimas yra 0, vidinis triukšmo lygis Nckt taip pat yra 0.

Ans.

Kadangi Sin = Sout ir Nin = Nout

Triukšmo koeficientas (F) = 1 ir

Triukšmo paveikslas (NF) = 10log (1) = 0

Tokio tipo grandinių beveik nėra.

2 pavyzdys
Jei elektroninė grandinė yra 6 dB varžos π tinklo slopintuvas (-6 DB), koks yra triukšmo faktorius?

Ans.

Tiek Sin, tiek Nin turi 6 dB nuostolius, taigi

Sout = (1/4) nuodėmė ir tariamai,

Nout = (1/4) Nin

Bet minimalus šiluminis triukšmas yra kTB.

Taigi,
Nout = kTB
Todėl,
Triukšmo faktorius (F) = Sin / NinSout / Nout
= Sin / kTB (1/4) Sin / kTB = 4
Ir,
Triukšmo paveikslas (NF) = 10log (4) = 6dB
Kaip ir tikėtasi, triukšmo rodiklis yra visiškai toks pat kaip silpninant 6 dB.

3 pavyzdys

Stiprintuvo stiprinimas yra 12 dB, o triukšmo rodiklis yra 3 dB,

a) koks yra triukšmo lygis per Hz (dBm) išvesties prievade, ir

(b) koks yra papildomas triukšmas, tenkantis Hz (dBm) šiame stiprintuve?




Ans.

(A) dalį.
Nuo,
Taigi,

„Sout“ = 16 × nuodėmė

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

Todėl, triukšmo lygis (dBm) išvesties prievade yra:

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= −159.0dBm

(b).

ir

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

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

Po kelių operacijos žingsnių

x = 15

Taigi šiame stiprintuve sukuriamas papildomas triukšmas (dBm):

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 × 10−17mW = −162.2dBm

 

Gerai, laikas suvynioti šį straipsnį. Ar jums patinka sužinoti, ar tikrai suprantate, kas yra triukšmo paveikslėlis ir kaip juo naudotis? Sužinokite iš šių 2 klausimų:

Q1: LNA padidėjimas yra 20 dB. Jei išmatuotas išėjimo angos triukšmo lygis yra -152 dBm / Hz, tai koks yra šio stiprintuvo NF?

Ans. 2 dB

Q2: stiprintuvo NF yra 1.0 dB, o veikimo dažnio juostos plotis yra 200 kHz, jei išmatuotas išėjimo prievado triukšmo lygis yra -132 dBm, koks yra šio stiprintuvo pranašumas?

Ans. 18 dB

Palik žinutę 

Žinučių sąrašas