Støyfigurer (NF) Grunnleggende: Hva er det og hvordan du bruker det for å hjelpe deg med å designe en mottaker - enkelttrinn.

Støyfigur (NF): en myte så vel som en viktig RF-parameter.

Det er et av begrepene at mange RF-personer har vanskeligheter med å virkelig forstå og anvende.

Det er kompliserte formler involvert for å bli veldig forvirret når du først har jobbet gjennom dem.

Og du kan ha problemer med å bruke dem riktig for å designe en mottaker.

Når du designer kretsløp for bruk med ekstremt svake signaler, er støy en viktig faktor.

Støyfigur (NF) er et mål på hvor mye en enhet ødelegger signal til støyforhold (SNR), med lavere verdier som indikerer bedre ytelse.

Støybidraget til hver enhet i signalstien må være lavt nok til at det ikke vil forringe signalet til støyforhold betydelig.

Jeg viser deg de enkle og vanlige RF-konseptene, og du vil til slutt kunne designe og fullføre RF-prosjekter og salgbare produkter på veldig kort tid uten å gjøre mye feil.

Jeg vil også gi noen få ressurser til de av dere som ønsker å lære mer avanserte detaljer.

Hva er “kTB”?
Før vi diskuterer støyfaktor og støyfigur, må vi vite bedre om mottakerstøy.

Det første vi trenger å vite er at det er en termisk støy overalt i rommet, og dette er den minimale støykraften vi trenger å møte og håndtere.

Ingen måte å bli kvitt.

Mottakerdesign hadde vært mye enklere hvis denne grunnleggende støyen ikke eksisterte.

Alle andre typer støy er ikke ønskelige, og vi bør gjøre vårt beste for å minimere dem.

Vanligvis uttrykker vi støy i watt siden det er en type strøm.

Amplituden til denne termiske støykraften er:

Termisk støy = k (Joules / ˚K) × T (˚K) × B (Hz)

Hvor k er Boltzmanns konstant i Joules / ˚K, er T temperatur i ° Kelvin (° K), og B er båndbredden i Hz.

Hvis,
k = 1.38 x 10-23
T = 290 ° K (tilsvarer 17 ° C eller 62.6 ° F)
Og,
B = 1 Hz
Deretter,
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 x 10-21W / Hz
= 4.002 x 10-18mW / Hz

Hvis vi konverterer det til dBm, så,
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0 til 180 = -174dBm / Hz
Dette er mengden termisk støyeffekt i en 1 Hz båndbredde @ 17 ° C, og du bør huske dette tallet utenat før du jobber med Noise Figure.

Termisk støy og temperatur:

Tabellen nedenfor viser termisk støy per hertz kontra temperatur:

Som du ser i denne tabellen, er den termiske støyforskjellen mellom disse 2 ekstreme temperaturer -40 ° C og 75 ° C bare

-173.2-174.9 = 1.7dBm

For enkelhets skyld tar vi vanligvis mellomtall 17 ° C (290 ° K) og -174 dBm som referanser.

Termisk støy og frekvens båndbredde:

For en 1 MHz båndbredde,

Termisk støy = −174dBm + 10log (1 × 106)

= -114dBm

Vi vil pakke sammen “termisk støy” med to spørsmål for å teste hvor mye du vet om dette begrepet. Du må vite det grundig før du fortsetter å se denne viktige parameteren "Støyfigur" som vi vil diskutere nedenfor:

Q1:  Hvor mange dBm per hertz er den termiske støyen ved -25 ° C?

Ans.     -174.7 dBm

Q2: Hvor mange dBm er den totale termiske støyen med en båndbredde på 250 kHz ved 65 ° C?

Ans.     -119.3 dBm


Signal til støyforhold (SNR)
 


Mottakerfølsomhet er et mål på en mottakers evne til å demodulere og få informasjon fra et svakt signal. Vi kvantifiserer følsomhet som det laveste signaleffektnivået som vi kan få nyttig informasjon fra.

Det svakeste signalet en mottaker kan diskriminere er en funksjon av hvor mye termisk støy mottakeren legger til signalet. Forholdet mellom signal og støy er den mest praktiske måten å kvantifisere denne effekten.

For inngangssignal til støyforhold,

SNRin = Sin / Nin

Der Sin er inngangssignalnivået og Nin er inngangsstøynivået.

For utgangssignal til støyforhold,

SNRout = Sout / Nout

Hvor Sout er utgangssignalnivået og Nout er utgangsstøynivået.

Siden kTB er overalt, kan Sout / Nout aldri være bedre enn Sin / Nin. Derfor er den beste situasjonen du kan ha:

Sout / Nout = Sin / Nin, (SNRout = SNRin)
 
Støyfaktor (F) og
Støyfigur (NF)
Vi må definere disse to begrepene “Noise Factor” og “Noise Figure” før vi går videre.

Støyfaktor (F) = Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
Støyfaktor er et mål på hvordan signal / støyforholdet blir degradert av en enhet.

Du må huske denne definisjonen utenat før du kan arbeide med støyfigur.

Et perfekt elektronisk kretsløp (som ikke eksisterer) vil ha en støyfaktor på 1.

I den virkelige verden er den alltid større enn 1.

Og ganske enkelt,

= Log (SNRin) -log (SNRout)

Støyfigur er alltid større enn 0 dB.

Jeg vil forklare disse to viktige begrepene ved å bruke tre eksempler nedenfor, og jeg håper du vil ta deg tid til å følge hvert eneste trinn.

Eksempel 1
Hvis det elektroniske kretsløpet er gjennomsiktig, er forsterkningen 0, internt støynivå Nckt er også 0.

Ans.

Siden Sin = Sout og Nin = Nout

Støyfaktor (F) = 1 og

Støyfigur (NF) = 10log (1) = 0

Denne typen krets eksisterer nesten ikke.

Eksempel 2
Hvis det elektroniske kretsløpet er en 6 dB motstand π nettverksdemping (-6 DB), hva er støyfaktoren?

Ans.

Både Sin og Nin har 6 dB tap, altså

Sout = (1/4) Synd og visstnok,

Nout = (1/4) Nin

Men den minimale termiske støyen hvor som helst er kTB.

Så,
Nout = KTB
Derfor,
Støyfaktor (F) = Sin / NinSout / Nout
= Sin / KTB (1/4) Sin / KTB = 4
Og,
Støyfigur (NF) = 10log (4) = 6dB
Støytallet er nøyaktig det samme som dempningen 6dB, som forventet.

Eksempel 3

En forsterker har en forsterkning på 12 dB og støytallet er 3 dB,

(a) hva er støynivået per Hz (i dBm) ved utgangsporten, og

(b) hva er den ekstra støyen per Hz (i dBm) som er opprettet i denne forsterkeren?




Ans.

(en).
Siden,
Så,

Sout = 16 x Sin

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

Derfor, støynivået (i dBm) ved utgangsporten er:

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= -159.0dBm

(B).

Og

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

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

Etter noen få trinn i drift

x = 15

Så den ekstra støyen (i dBm) som er opprettet i denne forsterkeren er:

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 x 10-17mW = -162.2dBm

 

OK, på tide å avslutte denne artikkelen. Liker du å vite om du virkelig forstår hva Støyfigur er, og hvordan du bruker den? Finn ut av disse to spørsmålene:

Q1: En LNA har en forsterkning på 20 dB. Hvis det målte støynivået ved utgangsporten er -152 dBm / Hz, hva er NF til denne forsterkeren?

Ans. 2 dB

Q2: NF til en forsterker er 1.0 dB og driftsfrekvensbåndbredden er 200 kHz, hvis det målte utgangsportens støynivå er -132 dBm, hva er gevinsten til denne forsterkeren?

Ans. 18 dB

Legg igjen en beskjed 

Meldingsliste