Osnove hrupne slike (NF): Kaj je to in kako ga uporabiti, da vam pomaga oblikovati sprejemnik - enostopenjsko.

Slika hrupa (NF): mit in pomemben RF parameter.

To je eden izmed pogojev, ki jih ima veliko ljudi iz RF težko razumeti in uporabiti.

Vpletene so zapletene formule, ki vas zelo zmedejo, ko jih predelate.

In morda jih boste težko pravilno uporabili za oblikovanje sprejemnika.

Pri načrtovanju tokokrogov za uporabo z zelo šibkimi signali je pomemben hrup.

Slika hrupa (NF) je merilo, ko naprava poslabša razmerje med signalom in šumom (SNR), z nižjimi vrednostmi pa kaže na boljše delovanje.

Prispevek hrupa vsake naprave na signalni poti mora biti dovolj nizek, da ne bo bistveno poslabšal razmerja med signalom in hrupom.

Pokazal vam bom tiste enostavne in običajne koncepte RF in sčasoma boste lahko v zelo kratkem času oblikovali in dokončali RF projekte in prodajne izdelke, ne da bi pri tem naredili veliko napak.

Za tiste, ki bi radi izvedeli bolj napredne podrobnosti, bom zagotovil tudi nekaj virov.

Kaj je "kTB"?
Preden razpravljamo o faktorju hrupa in sliki hrupa, moramo bolje vedeti o hrupu sprejemnika.

Prva stvar, ki jo moramo vedeti, je, da je povsod v prostoru toplotni hrup in to je minimalna moč hrupa, s katero se moramo soočiti in ravnati.

Nikakor se ga ne moremo znebiti.

Zasnova sprejemnikov bi bila veliko lažja, če tega osnovnega hrupa ne bi bilo.

Vse druge vrste hrupa niso zaželene, zato se moramo potruditi, da jih zmanjšamo.

Običajno izrazimo hrup v vatih, saj gre za eno vrsto moči.

Amplituda te toplotne zvočne moči je:

Toplotni hrup = k (Joules / ˚K) × T (˚K) × B (Hz)

Kjer je k Boltzmannova konstanta v Joulesu / ˚K, T je temperatura v ° Kelvin (° K), B pa pasovna širina v Hz.

Če oz.
k = 1.38 × 10−23
T = 290 ° K (kar ustreza 17 ° C ali 62.6 ° F)
In
B = 1Hz
Nato
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 × 10−21W / Hz
= 4.002 × 10–18mW / Hz

Če ga pretvorimo v dBm, potem
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0−180 = −174dBm / Hz
To je količina toplotne hrupa v pasu širine 1 Hz pri 17 ° C in si to številko zapomnite na pamet, preden začnete delati s Hrupno sliko.

Toplotni hrup in temperatura:

Spodnja tabela prikazuje toplotni hrup na hertz v primerjavi s temperaturo:

Kot lahko vidite v tej tabeli, je razlika med toplotnim hrupom med tema dvema skrajnima temperaturama -2 ° C in 40 ° C

−173.2−174.9 = 1.7dBm

Zato zaradi udobja za referenco običajno vzamemo srednje število 17 ° C (290 ° K) in -174 dBm.

Toplotni hrup in pasovna širina delovne frekvence:

Za 1 MHz pasovne širine

Toplotni hrup = −174dBm + 10log (1 × 106)

= −114dBm

Za "toplotni hrup" bomo z dvema vprašanji preverili, koliko veste o tem izrazu. Preden nadaljujete z ogledom tega pomembnega parametra "Slika hrupa", ki ga bomo obravnavali v nadaljevanju, ga morate dobro poznati.

Q1:  Koliko dBm na hertz je toplotni hrup pri -25 ° C?

Ans.     -174.7 dBm

Q2: Koliko dBm je skupni toplotni hrup s pasovno širino 250 kHz pri 65 ° C?

Ans.     -119.3 dBm


Razmerje med signalom in hrupom (SNR)
 


Občutljivost sprejemnika je merilo sposobnosti sprejemnika, da demodulira in pridobi informacije iz šibkega signala. Občutljivost količinsko opredelimo kot najnižjo stopnjo moči signala, iz katere lahko pridobimo koristne informacije.

Najšibkejši signal, ki ga lahko sprejema sprejemnik, je odvisen od količine toplotnega hrupa, ki ga sprejemnik doda signalu. Razmerje signal / šum je najprimernejši način za določitev tega učinka.

Za razmerje med vhodnim signalom in šumom

SNRin = Sin / Nin

Kjer je Sin nivo vhodnega signala in Nin, je nivo vhodnega hrupa.

Za razmerje med izhodnim signalom in šumom

SNRout = Sout / Nout

Kjer je Sout raven izhodnega signala in Nout raven izhodnega hrupa.

Ker je kTB povsod, Sout / Nout nikoli ne more biti boljši od Sin / Nin. Zato je najboljša situacija:

Sout / Nout = Sin / Nin, (SNRout = SNRin)
 
Faktor hrupa (F) in
Slika hrupa (NF)
Pred nadaljevanjem moramo opredeliti ta dva izraza "Faktor hrupa" in "Šumna slika".

Faktor hrupa (F) = Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
Faktor hrupa je merilo, kako naprava razgradi razmerje med signalom in šumom.

To definicijo si morate zapomniti na pamet, preden boste lahko delali s funkcijo Noise Figure.

Popolno elektronsko vezje (ki ne obstaja) bi imelo faktor hrupa 1.

V resničnem svetu je vedno večji od 1.

In preprosto,

= dnevnik (SNRin) -log (SNRout)

Slika hrupa je vedno večja od 0 dB.

Rad bi razložil ta dva pomembna izraza z uporabo treh spodnjih primerov in upam, da boste potrebovali nekaj časa, da sledite vsakemu koraku.

Primer # 1
Če je elektronsko vezje pregledno, potem dobitek 0, notranja raven hrupa Nckt je tudi 0.

Ans.

Ker je Sin = Sout in Nin = Nout

Faktor hrupa (F) = 1 in

Slika hrupa (NF) = 10log (1) = 0

Ta vrsta vezja skoraj ne obstaja.

Primer # 2
Če je elektronski tokokrog 6 dB upor π omrežni atenuator (-6 DB), kaj je faktor hrupa?

Ans.

Tako Sin kot Nin imata 6 dB izgube, torej

Sout = (1/4) greh in domnevno,

Nout = (1/4) Nin

Toda minimalni toplotni hrup kjerkoli je kTB.

Torej,
Nout = kTB
Zato
Faktor hrupa (F) = Sin / NinSout / Nout
= Sin / kTB (1/4) Sin / kTB = 4
In
Slika hrupa (NF) = 10log (4) = 6dB
Številka hrupa je popolnoma enaka slabljenju 6dB, kot je bilo pričakovano.

Primer # 3

Ojačevalnik ima ojačanje 12 dB, vrednost hrupa pa 3 dB,

(a) kolikšna je raven hrupa na Hz (v dBm) na izhodnem vhodu in

(b) kakšen je dodatni šum na Hz (v dBm), ustvarjen v tem ojačevalniku?




Ans.

(A).
Od,
Torej,

Sout = 16 × Sin

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

Zato raven hrupa (v dBm) na izhodnem pristanišču je:

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= −159.0dBm

(B).

in

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

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

Po nekaj korakih delovanja

x = 15

Dodatni hrup (v dBm), ustvarjen v tem ojačevalniku, je:

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 × 10−17mW = −162.2dBm

 

V redu, čas je, da končate ta članek. Ali želite vedeti, ali res razumete, kaj je Noise Figure in kako jo uporabljati? Ugotovite iz teh dveh vprašanj:

V1: LNA ima ojačanje 20 dB. Če je izmerjena raven hrupa na izhodnih vratih -152 dBm / Hz, kolikšen je NF tega ojačevalnika?

Odgovori. 2 dB

V2: NF ojačevalnika je 1.0 dB, pasovna širina delovne frekvence pa 200 kHz, če je izmerjena raven hrupa izhodnih vrat -132 dBm, kakšen dobiček ima ta ojačevalnik?

Odgovori. 18 dB

Pustite sporočilo 

Seznam sporočilo