Základy šumové figury (NF): Co je to a jak jej používat, aby vám pomohlo navrhnout přijímač - jednostupňové.

Obrázek šumu (NF): mýtus a důležitý RF parametr.

Je to jeden z termínů, který má mnoho lidí s RF obtížně pochopit a aplikovat.

Jsou zde složité vzorce, které vás velmi zmatí, jakmile se s nimi budete zabývat.

A možná budete mít potíže s jejich správným použitím při návrhu přijímače.

Při navrhování obvodů pro použití s ​​extrémně slabými signály je hluk důležitým faktorem.

Obrázek šumu (NF) je míra toho, jak hodně zařízení degraduje poměr signálu k šumu (SNR), s nižšími hodnotami, což znamená lepší výkon.

Hlukový příspěvek každého zařízení v signální cestě musí být dostatečně nízký, aby významně nesnížil poměr signálu k šumu.

Ukážu vám tyto jednoduché a běžné koncepty RF a nakonec budete moci navrhnout a dokončit projekty RF a prodejné výrobky ve velmi krátké době, aniž byste museli dělat spoustu chyb.

Poskytnu také několik zdrojů pro ty z vás, kteří se chtějí dozvědět podrobnější podrobnosti.

Co je to „kTB“?
Než budeme diskutovat o faktorech šumu a šumu, musíme lépe vědět o šumu přijímače.

První věc, kterou musíme vědět, je, že všude v prostoru je tepelný hluk, a to je minimální hluková energie, kterou musíme čelit a zvládnout.

V žádném případě se toho nezbavíme.

Konstrukce přijímače by byla mnohem jednodušší, kdyby tento základní šum neexistoval.

Všechny ostatní typy hluku nejsou žádoucí a měli bychom se snažit je minimalizovat.

Obvykle vyjadřujeme šum ve wattech, protože jde o jeden typ energie.

Amplituda této energie tepelného šumu je:

Tepelný šum = k (jouly / ˚K) × T (˚K) × B (Hz)

Kde k je Boltzmannova konstanta v Joulech / ° K, T je teplota v ° Kelvin (° K) a B je šířka pásma v Hz.

Li,
k = 1.38 × 10−23
T = 290 ° K (odpovídá 17 ° C nebo 62.6 ° F)
A,
B = 1Hz
Poté,
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 × 10 - 21 W / Hz
= 4.002 × 10 - 18 mW / Hz

Pokud ji převedeme na dBm,
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0-180 = -174dBm / Hz
Toto je množství energie tepelného šumu v 1 Hz šířce pásma při 17 ° C a měli byste si toto číslo pamatovat na srdce, než začnete pracovat s obrázkem šumu.

Tepelný hluk a teplota:

Níže uvedená tabulka ukazuje tepelný hluk na hertz versus teplota:

Jak je vidět v této tabulce, rozdíl tepelného hluku mezi těmito dvěma extrémními teplotami -2 ° C a 40 ° C je pouze

−173.2−174.9 = 1.7dBm

Kvůli pohodlí proto obvykle bereme jako referenci střední číslo 17 ° C (290 ° K) & -174 dBm.

Tepelná hlučnost a provozní kmitočtová šířka pásma:

Pro šířku pásma 1 MHz

Tepelný šum = −174dBm + 10log (1 × 106)

= -114dBm

Zabalíme „tepelný hluk“ dvěma otázkami a vyzkoušíme, kolik toho o tomto termínu víte. Než budete pokračovat v prohlížení tohoto důležitého parametru „Obrázek šumu“, musíte to důkladně vědět, o kterém budeme hovořit níže:

Q1:  Kolik dBm na hertz je tepelný šum při -25 ° C?

Ans.     -174.7 dBm

Q2: Kolik dBm je celkový tepelný šum s šířkou pásma 250 kHz při 65 ° C?

Ans.     -119.3 dBm


Poměr signálu k šumu (SNR)
 


Citlivost přijímače je míra schopnosti přijímače demodulovat a získat informace ze slabého signálu. Kvantifikujeme citlivost jako nejnižší úroveň výkonu signálu, ze které můžeme získat užitečné informace.

Nejslabším signálem, který přijímač dokáže rozlišit, je funkce množství tepelného šumu, který přijímač k signálu přidá. Poměr signál k šumu je nejvhodnějším způsobem kvantifikace tohoto účinku.

Pro poměr vstupního signálu k šumu

SNRin = Sin / Nin

Kde Sin je úroveň vstupního signálu a Nin je úroveň vstupního šumu.

Pro poměr výstupního signálu k šumu

SNRout = Sout / Nout

Kde Sout je úroveň výstupního signálu a Nout je výstupní úroveň šumu.

Protože kTB je všude, Sout / Nout nemůže být nikdy lepší než Sin / Nin. Nejlepší situace proto může být:

Sout / Nout = Sin / Nin, (SNRout = SNRin)
 
Faktor hluku (F) &
Hlučnost (NF)
Než budeme pokračovat, musíme definovat tyto dva termíny „šumový faktor“ a „šumový údaj“.

Faktor šumu (F) = Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
Hlukový faktor je míra toho, jak je poměr signálu k šumu zařízením degradován.

Než budete moci pracovat s obrázkem šumu, musíte si tuto definici pamatovat ze srdce.

Dokonalý elektronický obvod (který neexistuje) by měl šumový faktor 1.

Ve skutečném světě je vždy větší než 1.

A jednoduše,

= log (SNRin) log (SNRout)

Hluková hodnota je vždy větší než 0 dB.

Rád bych vysvětlil tyto 2 důležité termíny pomocí 3 příkladů níže a doufám, že si uděláte čas, abyste se seznámili s každým jedním krokem.

Příklad #1
Pokud je elektronický obvod průhledný, pak zisk je 0, vnitřní úroveň šumu Nckt je také 0.

Ans.

Protože Sin = Sout a Nin = Nout

Faktor šumu (F) = 1 a

Obrázek šumu (NF) = 10log (1) = 0

Tento typ obvodu téměř neexistuje.

Příklad #2
Pokud je elektronický obvod 6 síťovým zeslabovačem odporu 6 dB (-XNUMX DB), jaký je šumový faktor?

Ans.

Sin i Nin mají ztráty 6 dB, takže

Sout = (1/4) Sin a pravděpodobně

Nout = (1/4) Nin

Ale minimální tepelný šum kdekoli je kTB.

Takže,
Nout = kTB
Proto,
Faktor šumu (F) = Sin / NinSout / Nout
= Sin / kTB (1/4) Sin / kTB = 4
A,
Obrázek šumu (NF) = 10log (4) = 6dB
Hluková hodnota je přesně stejná jako útlum 6 dB, jak se očekávalo.

Příklad #3

Zesilovač má zisk 12 dB a hodnota šumu je 3 dB,

a) jaká je hladina hluku na Hz (v dBm) na výstupním portu a

(b) jaký je zvláštní šum na Hz (v dBm) vytvořený v tomto zesilovači?




Ans.

(A).
Od té doby,
Takže,

Sout = 16 × hřích

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

Proto, úroveň šumu (v dBm) na výstupním portu je:

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= -159.0dBm

(b).

A

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

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

Po několika krocích provozu

x = 15

Takže další šum (v dBm) vytvořený v tomto zesilovači je:

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 × 10 - 17mW = -162.2dBm

 

Dobře, je čas zabalit tento článek. Rádi byste věděli, jestli opravdu rozumíte, co je to číslo šumu a jak jej používat? Zjistěte tyto 2 otázky:

Q1: LNA má zisk 20 dB. Pokud je naměřená hladina šumu na výstupním portu -152 dBm / Hz, jaký je NF tohoto zesilovače?

Ans. 2 dB

Q2: NF zesilovače je 1.0 dB a šířka provozního kmitočtového pásma je 200 kHz, pokud je naměřená úroveň šumu výstupního portu -132 dBm, jaký je zisk tohoto zesilovače?

Ans. 18 dB

Zanechat vzkaz 

Seznam zpráv