Bullerfigurer (NF) Grunder: Vad är det och hur man använder det för att hjälpa dig att utforma en mottagare - enstaka scen.

Bullerfigur (NF): en myt såväl som en viktig RF-parameter.

Det är ett av villkoren som många RF-människor har svårt att verkligen förstå och tillämpa.

Det finns komplicerade formler för att bli väldigt förvirrad när du arbetar igenom dem.

Och du kan ha svårt att använda dem ordentligt för att designa en mottagare.

Vid utformning av kretsar för användning med extremt svaga signaler är buller en viktig faktor.

Bullerfigur (NF) är ett mått på hur mycket en enhet försämrar signal till brusförhållande (SNR), med lägre värden som indikerar bättre prestanda.

Brusbidraget för varje enhet i signalvägen måste vara tillräckligt lågt för att den inte signifikant kommer att försämra signal / brusförhållandet.

Jag visar dig de enkla och vanliga RF-koncepten och så småningom kommer du att kunna designa och slutföra RF-projekt och säljbara produkter på mycket kort tid utan att göra många misstag.

Jag kommer också att tillhandahålla några resurser för dig som vill lära dig mer avancerade detaljer.

Vad är "kTB"?
Innan vi diskuterar brusfaktor och brusfigur måste vi veta bättre om mottagarbrus.

Det första vi behöver veta är att det finns ett termiskt brus överallt i rymden och det är den minimala ljudkraften vi behöver för att möta och hantera.

Inget sätt vi kan bli av med.

Mottagarens design hade varit mycket lättare om detta grundläggande brus inte fanns.

Alla andra typer av brus är inte önskvärda och vi bör göra vårt bästa för att minimera dem.

Vanligtvis uttrycker vi brus i watt eftersom det är en typ av ström.

Amplituden hos denna termiska bruseffekt är:

Termiskt brus = k (Joules / ˚K) × T (˚K) × B (Hz)

Där k är Boltzmanns konstant i Joules / ˚K, är T temperaturen i ° Kelvin (° K), och B är bandbredden i Hz.

Om,
k = 1.38 x 10-23
T = 290 ° K (ekvivalent med 17 ° C eller 62.6 ° F)
Och,
B = 1 Hz
Därefter,
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 × 10-21W / Hz
= 4.002 × 10-18mW / Hz

Om vi ​​konverterar det till dBm, då,
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0-180 = -174dBm / Hz
Detta är mängden termisk bruseffekt i en bandbredd på 1 Hz @ 17 ° C och du bör komma ihåg detta nummer med hjärta innan du arbetar med Noise Figure.

Termiskt brus och temperatur:

Tabellen nedan visar termiskt brus per hertz kontra temperatur:

Som ni ser i denna tabell är skillnaden mellan termiskt brus mellan dessa 2 extrema temperaturer -40 ° C och 75 ° C endast

-173.2-174.9 = 1.7dBm

Därför tar vi, för enkelhets skull, vanligtvis mittantalet 17 ° C (290 ° K) & -174 dBm som referenser.

Termisk brus och drift Frekvens bandbredd:

För en 1 MHz bandbredd,

Termiskt brus = −174dBm + 10log (1 × 106)

= -114dBm

Vi kommer att packa upp "termiskt brus" med två frågor för att testa hur mycket du vet om denna term. Du måste veta det noggrant innan du fortsätter att se den viktiga parametern "Bullerfigur" som vi kommer att diskutera nedan:

Q1:  Hur många dBm per Hertz är det termiska bruset vid -25 ° C?

Ans.     -174.7 dBm

Q2: Hur många dBm är det totala termiska bruset med en bandbredd på 250 kHz vid 65 ° C?

Ans.     -119.3 dBm


Signal till brusförhållande (SNR)
 


Mottagarkänslighet är ett mått på en mottagares förmåga att demodulera och få information från en svag signal. Vi kvantifierar känsligheten som den lägsta signaleffektnivån från vilken vi kan få användbar information.

Den svagaste signalen som en mottagare kan skilja på är en funktion av hur mycket termiskt brus mottagaren lägger till signalen. Förhållandet signal till brus är det bekvämaste sättet att kvantifiera denna effekt.

För ingångssignal till brusförhållande,

SNRin = Sin / Nin

Där Sin är insignalnivån och Nin är ingångsbrusnivån.

För utgångssignal till brusförhållande,

SNRout = Sout / Nout

Där Sout är utgångssignalnivån och Nout är utgångsbrusnivån.

Eftersom kTB finns överallt kan Sout / Nout aldrig vara bättre än Sin / Nin. Därför är den bästa situationen du kan ha:

Sout / Nout = Sin / Nin, (SNRout = SNRin)
 
Bullerfaktor (F) &
Brusfigur (NF)
Vi måste definiera dessa två termer "Noise Factor" och "Noise Figure" innan vi går vidare.

Bullerfaktor (F) = Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
Bullerfaktor är ett mått på hur signal / brusförhållandet försämras av en enhet.

Du måste utan tvekan komma ihåg denna definition innan du kan arbeta med brusfigur.

En perfekt elektronisk krets (som inte finns) skulle ha en brusfaktor på 1.

I den verkliga världen är den alltid större än 1.

Och helt enkelt,

= Log (SNRin) -log (SNRout)

Buller är alltid större än 0 dB.

Jag skulle vilja förklara dessa två viktiga termer med hjälp av tre exempel nedan och jag hoppas att du tar dig tid att följa varje steg.

Exempel #1
Om de elektroniska kretsarna är transparenta är förstärkningen 0, den interna ljudnivån Nckt är också 0.

Ans.

Eftersom Sin = Sout och Nin = Nout

Bullerfaktor (F) = 1 och

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

Denna typ av krets finns nästan inte.

Exempel #2
Om den elektroniska kretsen är ett 6 dB-motstånd π nätverk dämpare (-6 DB), vad är brusfaktorn?

Ans.

Både Sin och Nin har 6 dB förluster, så

Sout = (1/4) Synd och förmodligen,

Nout = (1/4) Nin

Men det minimala termiska bruset var som helst kTB.

Så,
Nout = KTB
Därför,
Bullerfaktor (F) = Sin / NinSout / Nout
= Sin / KTB (1/4) Sin / KTB = 4
Och,
Brusfigur (NF) = 10log (4) = 6dB
Ljudsiffran är exakt densamma som dämpningen 6dB, som förväntat.

Exempel #3

En förstärkare har en förstärkning på 12 dB och ljudsiffran är 3 dB,

(a) vad är ljudnivån per Hz (i dBm) vid utgångsporten, och

(b) vad är det extra bruset per Hz (i dBm) som skapas i denna förstärkare?




Ans.

(en).
Sedan,
Så,

Sout = 16 × Sin

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

Därför, ljudnivån (i dBm) vid utgångsporten är:

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= -159.0dBm

(B).

Och

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

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

Efter några steg i drift

x = 15

Så det extra ljudet (i dBm) som skapats i denna förstärkare är:

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 × 10-17mW = -162.2dBm

 

Okej, det är dags att sammanföra den här artikeln. Vill du veta om du verkligen förstår vad brusfigur är och hur du använder den? Ta reda på dessa två frågor:

F1: En LNA har en förstärkning på 20 dB. Om den uppmätta ljudnivån vid utgångsporten är -152 dBm / Hz, vad är då NF för denna förstärkare?

Ans. 2 dB

F2: NF för en förstärkare är 1.0 dB och driftsfrekvensbandbredden är 200 kHz, om den uppmätta utgångsportens brusnivå är -132 dBm, vad är förstärkaren för denna förstärkare?

Ans. 18 dB

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC