Basisprincipes van Noise Figure (NF): wat is het en hoe kunt u het gebruiken om een ​​ontvanger te ontwerpen - eentraps.

Noise Figure (NF): zowel een mythe als een belangrijke RF-parameter.

Het is een van de termen die veel RF-mensen moeilijk kunnen begrijpen en toepassen.

Er zijn ingewikkelde formules bij betrokken om u erg in de war te brengen als u ze eenmaal doorneemt.

En je hebt misschien moeite om ze goed toe te passen om een ​​ontvanger te ontwerpen.

Bij het ontwerpen van circuits voor gebruik met extreem zwakke signalen is ruis een belangrijke overweging.

Noise Figure (NF) is een maat voor hoeveel een apparaat de signaal-ruisverhouding (SNR) verslechtert, waarbij lagere waarden duiden op betere prestaties.

De ruisbijdrage van elk apparaat in het signaalpad moet laag genoeg zijn om de signaal-ruisverhouding niet significant te verminderen.

Ik zal je die eenvoudige en veelgebruikte RF-concepten laten zien en je zult uiteindelijk in staat zijn om in zeer korte tijd RF-projecten en verkoopbare producten te ontwerpen en te voltooien zonder veel fouten te maken.

Ik zal ook een paar bronnen bieden voor degenen onder u die meer geavanceerde details willen leren.

Wat is "kTB"?
Voordat we ruisfactor en ruisgetal bespreken, moeten we beter weten over ontvangerruis.

Het eerste dat we moeten weten, is dat er overal in de ruimte een thermisch geluid is en dit is het minimale geluidsniveau dat we nodig hebben om aan te kunnen.

We kunnen er op geen enkele manier vanaf komen.

Het ontwerp van de ontvanger zou veel eenvoudiger zijn geweest als dit basisgeluid niet bestond.

Alle andere soorten geluid zijn niet wenselijk en we moeten ons best doen om ze tot een minimum te beperken.

Meestal drukken we ruis uit in watt omdat het één type vermogen is.

De amplitude van dit thermische ruisvermogen is:

Thermische ruis = k (joule / ˚K) × T (˚K) × B (Hz)

Waar k is Boltzmann's constante in Joules / ˚K, T is temperatuur in ° Kelvin (° K) en B is de bandbreedte in Hz.

Als,
k = 1.38 x 10-23
T = 290 ° K (gelijk aan 17 ° C of 62.6 ° F)
En
B = 1 Hz
Vervolgens
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 × 10-21 W / Hz
= 4.002 × 10-18 mW / Hz

Als we het omzetten naar dBm, dan,
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0-180 = −174dBm / Hz
Dit is de hoeveelheid thermisch ruisvermogen in een bandbreedte van 1 Hz bij 17 ° C en u moet dit nummer uit uw hoofd onthouden voordat u met Noise Figure gaat werken.

Thermische ruis en temperatuur:

De onderstaande tabel toont het thermische geluid per Hertz versus temperatuur:

Zoals u in deze tabel kunt zien, is het verschil in thermische ruis tussen deze 2 extreme temperaturen -40 ° C en 75 ° C slechts

−173.2−174.9 = 1.7 dBm

Daarom nemen we voor het gemak meestal het middelste getal 17 ° C (290 ° K) en -174 dBm als referentie.

Thermische ruis en frequentiebandbreedte bij gebruik:

Voor een bandbreedte van 1 MHz,

Thermische ruis = −174dBm + 10log (1 × 106)

= −114dBm

We sluiten 'thermische ruis' af met twee vragen om te testen hoeveel u over deze term weet. U moet het grondig kennen voordat u doorgaat met het zien van deze belangrijke parameter "Noise Figure" die we hieronder zullen bespreken:

Q1:  Hoeveel dBm per Hertz is het thermische geluid bij -25 ° C?

Ans.     -174.7 dBm

Q2: Hoeveel dBm is de totale thermische ruis met een bandbreedte van 250 kHz bij 65 ° C?

Ans.     -119.3 dBm


Signaal / ruisverhouding (SNR)
 


Ontvangergevoeligheid is een maat voor het vermogen van een ontvanger om te demoduleren en informatie te krijgen van een zwak signaal. We kwantificeren de gevoeligheid als het laagste signaalvermogensniveau waaruit we nuttige informatie kunnen halen.

Het zwakste signaal dat een ontvanger kan onderscheiden, is een functie van hoeveel thermische ruis de ontvanger aan het signaal toevoegt. De signaal-ruisverhouding is de handigste manier om dit effect te kwantificeren.

Voor ingangssignaal / ruisverhouding,

SNRin = Sin / Nin

Waar Sin het ingangssignaalniveau is en Nin het ingangsruisniveau is.

Voor uitgangssignaal-ruisverhouding,

SNRout = Zuid / Nout

Waar Sout het uitgangssignaalniveau is en Nout het uitgangsruisniveau is.

Omdat kTB overal is, kan Sout / Nout nooit beter zijn dan Sin / Nin. Daarom is de beste situatie die u kunt hebben:

Sout / Nout = Sin / Nin, (SNRout = SNRin)
 
Ruisfactor (F) &
Ruisgetal (NF)
We moeten deze twee termen 'ruisfactor' en 'ruisgetal' definiëren voordat we verder gaan.

Ruisfactor (F) = Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
Ruisfactor is een maat voor hoe de signaal-ruisverhouding wordt verslechterd door een apparaat.

U moet deze definitie uit uw hoofd onthouden voordat u met Noise Figure kunt werken.

Een perfecte elektronische schakeling (die niet bestaat) zou een ruisfactor van 1 hebben.

In de echte wereld is het altijd groter dan 1.

En gewoon,

= log (SNRin) −log (SNRout)

Ruisgetal is altijd groter dan 0 dB.

Ik zou deze 2 belangrijke termen willen uitleggen aan de hand van 3 onderstaande voorbeelden en ik hoop dat je de tijd neemt om elke stap te doorlopen.

voorbeeld #1
Als de elektronische schakeling transparant is, is de versterking 0, het interne geluidsniveau Nckt is ook 0.

Ans.

Omdat Sin = Sout en Nin = Nout

Ruisfactor (F) = 1 en

Ruisgetal (NF) = 10log (1) = 0

Dit type circuit bestaat bijna niet.

voorbeeld #2
Als de elektronische schakeling een 6 dB weerstand π netwerkverzwakker (-6 DB) is, wat is dan de ruisfactor?

Ans.

Zowel Sin als Nin hebben 6 dB verliezen, dus

Sout = (1/4) Zonde en zogenaamd,

Nout = (1/4) Nin

Maar de minimale thermische ruis overal is kTB.

Dus,
Nout = kTB
daarom
Ruisfactor (F) = Sin / NinSout / Nout
= Sin / kTB (1/4) Sin / kTB = 4
En
Ruisgetal (NF) = 10log (4) = 6dB
Het ruisgetal is precies hetzelfde als de verzwakking 6dB, zoals verwacht.

voorbeeld #3

Een versterker heeft een winst van 12 dB en het ruisgetal is 3 dB,

(a) wat is het geluidsniveau per Hz (in dBm) op de uitgangspoort, en

(b) wat is de extra ruis per Hz (in dBm) die in deze versterker wordt gecreëerd?




Ans.

(een).
Sinds,
Dus,

Sout = 16 × Sin

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

daarom het geluidsniveau (in dBm) aan de uitgangspoort is:

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= −159.0dBm

(B).

En

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

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

Na een paar stappen

x = 15

Het extra geluid (in dBm) dat in deze versterker wordt gecreëerd, is dus:

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 × 10−17mW = −162.2dBm

 

Ok, tijd om dit artikel af te ronden. Wil je weten of je echt begrijpt wat Noise Figure is en hoe je deze kunt gebruiken? Zoek uit deze 2 vragen:

Q1: Een LNA heeft een versterking van 20 dB. Als het gemeten geluidsniveau aan de uitgang -152 dBm / Hz is, wat is dan de NF van deze versterker?

Ans. 2 dB

V2: De NF van een versterker is 1.0 dB en de werkfrequentiebandbreedte is 200 kHz. Als het gemeten geluidsniveau van de uitgangspoort -132 dBm is, wat is dan de winst van deze versterker?

antw. 18 dB

Laat een bericht achter 

Message List