10203|10

2422

帖子

0

资源

五彩晶圆(中级)

漫话噪声系数 [复制链接]

 

在射频领域描述器件或系统的噪声的参数通常有 3 个:噪声指数 NF、噪声系数 F 与等效噪声温度 Te。

1、噪声指数与噪声系数的定义

噪声指数与噪声系数的关系很简单,噪声指数就是用分贝为单位表示的噪声系数:

image.png 有几种噪声系数的定义,它们都可以相互转换。常见的一种定义是,噪声系数等于输入信号的信噪比与 输出信号的信噪比的比值:

image.png 显然,用分贝计算会稍稍简便些:

image.png 或者

image.png 根据上述定义,可以写出其他几种定义噪声系数的公式。

image.png 其中,GP是器件或系统的功率增益,PNI 或 PNO表示在器件或系统的输入端或输出端看到的总噪声功率。 上式中,分子上的 PNO是在输出端看到的噪声功率,它由两部分组成:外部的信号源提供的噪声经过系 统后出现在输出端的功率,以及系统内部噪声出现在输出端的功率。分母上的 PNI 是在系统输入端看到的噪 声功率,它全部由外部的信号源提供,乘以系统的增益 GP后就是在输出端看到的由信号源提供的噪声功率。 所以上式也可以写成

image.png 下标 source 表示由外部信号源的噪声引起的输出噪声,下标 system 表示由系统内部噪声引起的输出噪声。 有些时候,也可以将输出端看到的所有噪声等效到系统的输入端,就有

image.png 当然,上面公式成立的前提是假设在有用的频带内,系统的功率增益是平坦的。 由 7 式可见,噪声系数 F 不仅与系统内部的噪声功率有关,还与信号源的噪声功率有关。当器件或系 统的内部噪声功率一定时,信号源输入的噪声功率越大,其噪声系数越小。

 

生产厂商在测定器件的噪声系数时,将外部噪声源定义为由一个与被测器件的输入阻抗匹配的电阻产 生的热噪声。电阻的热噪声功率可以由下式表达:

image.png 其中 k=1.38×10e-23(J/K) 是玻尔兹曼常数,T 是绝对温标下的温度,B 是噪声带宽。

当外部电阻与被测器件的输入阻抗匹配时,器件或系统得到的输入噪声功率为

image.png 通常取室温 T=T0=290K,此时这个电阻的噪声功率谱密度为

image.png 在此条件下,噪声系数为

image.png 通常将上述式子中的 PNO(total)/B 作为输出端的噪声功率谱密度,记为 DNO,则有

image.png 改用分贝的形式,就是

image.png

 

 

此帖出自RF/无线论坛

回复

2422

帖子

0

资源

五彩晶圆(中级)

2、利用噪声指数计算系统的输出噪声

根据噪声指数的定义,系统输出端的噪声功率谱密度为

image.png 然而值得注意的是:上述公式仅在信号源的噪声仅为匹配的信号源内阻的热噪声条件下成立,或者说信 号源的噪声功率谱密度被规定为 image.png 这个规定对于生产厂标定噪声系数 是必须的,但在计算一个实际的射频系统的输出噪声时,由于输入系统的噪声功率谱密度未必就是 kT0,所 以很多时候不能直接套用 14 式计算射频系统的输出噪声功率,也不能直接套用 4 式计算射频系统的输出信 噪比。

一个噪声指数为 NF(dB)的系统,其增益为 GP(dB),信号源输入的噪声功率谱密度为 DNS(mW/Hz),则 此系统内部噪声在输出端的功率谱密度为

image.png 信号源输入的噪声在输出端的功率谱密度为

image.png 或者写成分贝的形式:

image.png


回复

2422

帖子

0

资源

五彩晶圆(中级)

3、等效噪声温度

在低噪声系统中,通常用等效噪声温度 Te 替代噪声系数。该表示方法是将系统内部产生的噪声等效为 一个位于输入端的温度为 Te的电阻产生的热噪声。根据噪声系数的定义,此时有

image.png 其中 T0=290K。所以,等效噪声温度与噪声系数的关系是

image.png 采用等效噪声温度概念的最大优点是当系统的噪声很低时,比较容易分辨噪声的大小。例如,两个噪声 系数 1.07 和 1.10 只相差 0.03,但用等效噪声温度表示后,分别为 20K 和 30K,相差 10K。

 

 


回复

2422

帖子

0

资源

五彩晶圆(中级)

4、噪声指数的测定

噪声指数可以用专门的噪声指数测试仪测定,也可以用其他高频仪器如频谱分析仪测定。

一种基本方法如下:将被测器件或被测系统的输入端用匹配的电阻短路,用频谱分析仪测量其输出端的 噪声功率谱密度,在已知被测器件或被测系统的功率增益时,可以根据 13 式计算其噪声指数。

此测试方法称为增益法。限制其测量精度的主要因素是频谱分析仪的本底噪声,当被测系统的输出噪声 接近频谱分析仪的本底噪声时,测量精度就会急剧下降甚至无法测量。

 

测量噪声指数的另一种方法称为 Y 因子法。该方法采用一个称为 ENR(冗余噪声比)的噪声源,此噪 声源可以产生两种不同功率的噪声,一个是等效噪声温度为室温的噪声以及另一个等效噪声温度远高于室 温的噪声,噪声源给出 ENR 参数如下:

image.png 其中 PnsH是此噪声源产生的高噪声温度的噪声功率,PnsL是室温即 290K 的噪声功率。

测量时通过改变噪声源的输出噪声功率,用频谱分析仪读出被测系统输出端的两个噪声功率谱密度,它 们的比值即 Y 因子:

image.png 然后用下式计算被测系统的噪声指数:

image.png 上式的证明如下:

将 23 式还原为线性形式,就是

image.png 再将 21 式和 22 式代入,得到

image.png 注意到: image.png

因此 25 式可写为

image.png 由于 PnsL是室温即 290K 的噪声功率,所以这正是噪声系数的表达式。


回复

2422

帖子

0

资源

五彩晶圆(中级)

下面给出本文的PDF文档。 漫话噪声指数.pdf (366.63 KB, 下载次数: 28)


回复

2万

帖子

339

资源

版主

好资料,下载慢慢细读


回复

4409

帖子

43

资源

版主

这个提得不错

image.png

点评

搞过射频的对这个应该都不陌生  详情 回复 发表于 2021-6-23 09:24
个人签名

射频【放大器】


回复

2422

帖子

0

资源

五彩晶圆(中级)

搞过射频的对这个应该都不陌生

点评

必经之路  都要去搞一下  详情 回复 发表于 2021-6-24 22:29

回复

4409

帖子

43

资源

版主

gmchen 发表于 2021-6-23 09:24 搞过射频的对这个应该都不陌生

必经之路  都要去搞一下

个人签名

射频【放大器】


回复

1

帖子

0

资源

一粒金砂(初级)

高频电子线路课本里,都有这个。


回复

1

帖子

0

资源

一粒金砂(初级)

mark

回复
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

最新文章 更多>>
    关闭
    站长推荐上一条 1/10 下一条

    About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

    站点相关: 安防电子 汽车电子 手机便携 工业控制 家用电子 医疗电子 测试测量 网络通信 物联网

    北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

    电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2021 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
    快速回复 返回顶部 返回列表