Principios básicos sobre figura de ruído (NF): que é e como usalo para axudarche a deseñar un receptor: etapa única.

Figura de ruído (NF): un mito así como un importante parámetro RF.

É un dos termos que moitas persoas de RF teñen dificultades para comprender e aplicar realmente.

Hai fórmulas complicadas que te molestan unha vez que traballas a través delas.

E pode que teña dificultades para aplicalas correctamente para deseñar un receptor.

Á hora de deseñar circuítos para o seu uso con sinais extremadamente débiles, é importante considerar o ruído.

Figura de ruído (NF) é a medida de que un dispositivo degrada o Ratio de sinal a ruído (SNR), con valores máis baixos que indican un mellor rendemento.

A achega de ruído de cada dispositivo na ruta de sinal debe ser o suficientemente baixa como para que non degrade significativamente a relación de sinal de ruído.

Amosareivos eses conceptos de RF sinxelos e comúns e acabarás por deseñar e completar proxectos de RF e produtos vendibles nun prazo moi breve sen cometer erros.

Tamén vou proporcionar algúns recursos para os que queiran aprender detalles máis avanzados.

Que é “kTB”?
Antes de discutir o factor de ruído e a figura de ruído, necesitamos saber mellor sobre o ruído do receptor.

O primeiro que debemos saber é que hai un ruído térmico en todas as partes do espazo e este é o mínimo poder de ruído que necesitamos afrontar e manexar.

De ningún xeito podemos desfacerse del.

O deseño do receptor sería moito máis sinxelo se non existise este ruído básico.

Non son desexables todos os outros tipos de ruído e deberiamos facer o mellor para minimizalos.

Normalmente expresamos ruído en vatios xa que é un tipo de enerxía.

A amplitude desta potencia de ruído térmico é:

Ruído térmico = k (Joules / ˚K) × T (˚K) × B (Hz)

Onde k é a constante de Boltzmann en Joules / ˚K, T é a temperatura en ° Kelvin (° K) e B o ancho de banda en Hz.

Se,
k = 1.38 × 10−23
T = 290 ° K (equivalente a 17 ° C ou 62.6 ° F)
E,
B = 1 Hz
Logo
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 × 10−21W / Hz
= 4.002 × 10-18mW / Hz

Se o convertemos a dBm, entón,
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0−180 = −174dBm / Hz
Esta é a cantidade de potencia de ruído térmico nun ancho de banda de 1 Hz a 17 ° C e debes recordar este número de corazón antes de traballar con Noise Figure.

Ruído térmico e temperatura:

A táboa seguinte mostra o ruído térmico por hertz fronte á temperatura:

Como podes ver nesta táboa, a diferenza de ruído térmico entre estas 2 temperaturas extremas -40 ° C e 75 ° C é só

−173.2−174.9 = 1.7dBm

Polo tanto, por comodidade, normalmente tomamos como referencia o número medio 17 ° C (290 ° K) e -174 dBm.

Ruído térmico e frecuencia de funcionamento Ancho de banda:

Para un MHz de ancho de banda

Ruído térmico = −174dBm + 10log (1 × 106)

= −114dBm

Comprobaremos "ruído térmico" con 2 preguntas para probar canto sabes sobre este termo. Debe sabelo a fondo antes de continuar a ver este importante parámetro "Figura de ruído" que trataremos a continuación:

Q1:  Cantos dBm por hertz é o ruído térmico a -25 ° C?

Ans.     -174.7 dBm

Q2: Cantos dBm é o ruído térmico total cun ancho de banda de 250 kHz a 65 ° C?

Ans.     -119.3 dBm


Ratio de ruído (SNR)
 


A sensibilidade do receptor é unha medida da capacidade dun receptor para demodular e obter información dun sinal débil. Cuantificamos a sensibilidade como o nivel de potencia do sinal máis baixo do que podemos obter información útil.

O sinal máis débil que un receptor pode discriminar é a función do canto de ruído térmico que o receptor engade ao sinal. A relación sinal / ruído é o xeito máis conveniente de cuantificar este efecto.

Para a relación de sinal de ruído de entrada,

SNRin = Sin / Nin

Onde Sin é o nivel de sinal de entrada e Nin é o nivel de ruído de entrada.

Para o sinal de saída a relación de ruído,

SNRout = Sout / Nout

Onde Sout é o nivel de sinal de saída e Nout é o nivel de ruído de saída.

Xa que kTB está en todas partes, Sout / Nout nunca pode ser mellor que Sin / Nin. Polo tanto, a mellor situación que pode ter é:

Sout / Nout = Sin / Nin, (SNRout = SNRin)
 
Factor de ruído (F) &
Figura de ruído (NF)
Necesitamos definir estes dous termos "Factor de ruído" e "Figura de ruído" antes de ir máis lonxe.

Faise Noise (F) = Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
O factor de ruído é unha medida de como a degradación do sinal ao ruído é degradada por un dispositivo.

Debe recordar esta definición de corazón antes de poder traballar con Noise Figure.

Un circuíto electrónico perfecto (que non existe) tería un factor de ruído de 1.

No mundo real, sempre é maior que 1.

E simplemente,

= rexistro (SNRin) −log (SNRout)

O número de ruído é sempre superior a 0 dB.

Quere explicar estes 2 termos importantes empregando 3 exemplos a continuación e espero que tomes tempo para seguir a cada paso.

Exemplo # 1
Se o circuíto electrónico é transparente, a ganancia é 0, o nivel de ruído interno Nckt tamén é 0.

Ans.

Dado que Sin = Sout e Nin = Nout

Factor de ruído (F) = 1 e

Figura de ruído (NF) = 10log (1) = 0

Este tipo de circuíto case non existe.

Exemplo # 2
Se o circuíto electrónico é un atenuador de rede π de resistencia de 6 dB (-6 DB), cal é o factor de ruído?

Ans.

Tanto Sin como Nin teñen 6 dB de perdas, así

Sout = (1/4) pecado e supostamente,

Non = (1/4) Nin

Pero o mínimo ruído térmico en calquera lugar é kTB.

así,
Non = kTB
Polo tanto,
Faise Noise (F) = Sin / NinSout / Nout
= Sin / kTB (1/4) Sin / kTB = 4
E,
Figura de ruído (NF) = 10log (4) = 6dB
A cifra de ruído é exactamente a mesma que a atenuación 6dB, como era de esperar.

Exemplo # 3

Un amplificador ten unha ganancia de 12 dB e o ruído é de 3 dB,

(a) cal é o nivel de ruído por Hz (en dBm) no porto de saída e

(b) Cal é o ruído adicional por Hz (en dBm) creado neste amplificador?




Ans.

(A).
Dende que
así,

Souto = 16 × Sin

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

Polo tanto, o nivel de ruído (en dBm) no porto de saída é:

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= −159.0dBm

(B).

E

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

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

Despois de poucos pasos de operación

x = 15

Polo tanto, o ruído adicional (en dBm) creado neste amplificador é:

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 × 10−17mW = −162.2dBm

 

Ok, é hora de arroupar este artigo. ¿Quere saber se realmente entende o que é Noise Figure e como usalo? Descubre estas dúas preguntas:

P1: un LNA ten unha ganancia de 20 dB. Se o nivel de ruído medido no porto de saída é de -152 dBm / Hz, entón cal é o NF deste amplificador?

Resposta. 2 dB

P2: o NF dun amplificador é de 1.0 dB e o ancho de banda da frecuencia de operación é de 200 kHz, se o nivel de ruído medido do porto de saída é de -132 dBm, cal é a ganancia deste amplificador?

Resposta. 18 dB

Deixar unha mensaxe 

Lista de mensaxes