Gürültü Figürü (NF) Temelleri: Bir Alıcı - Tek Kademeli Tasarım Yapmanıza Yardımcı Olmak İçin Nasıl & Nasıl Kullanılır.

Gürültü Figürü (NF): önemli bir RF parametresinin yanı sıra bir efsane.

Birçok RF insanının gerçekten anlamak ve uygulamakta zorluk çektiği terimlerden biridir.

Bunlar üzerinde çalıştıktan sonra çok karışık olmanızı sağlayan karmaşık formüller vardır.

Ve bir alıcı tasarlamak için bunları doğru şekilde uygulamakta zorluk çekebilirsiniz.

Aşırı zayıf sinyallerle kullanım için devreler tasarlarken, gürültü önemli bir husustur.

Gürültü Figürü (NF), bir cihazın Sinyal Gürültü Oranını (SNR) ne kadar azalttığının bir ölçüsüdür; daha düşük değerler daha iyi performansı gösterir.

Sinyal yolundaki her bir cihazın gürültü katkısı, Sinyal Gürültü Oranını önemli ölçüde düşürmeyecek kadar düşük olmalıdır.

Size bu kolay ve yaygın RF konseptlerini göstereceğim ve sonunda çok sayıda hata yapmadan RF projeleri ve satılabilir ürünleri çok kısa bir sürede tasarlayıp tamamlayabileceksiniz.

Ayrıca, daha gelişmiş ayrıntılar öğrenmek isteyenler için birkaç kaynak sunacağım.

“KTB” nedir?
Gürültü Faktörü ve Gürültü Rakamını tartışmadan önce, alıcı gürültüsü hakkında daha iyi bilmemiz gerekir.

Bilmemiz gereken ilk şey, uzayda her yerde termal bir gürültü olması ve bu yüzleşmek ve ele almak için gereken minimum gürültü gücüdür.

Ondan kurtulmamız mümkün değil.

Bu temel gürültü olmasaydı alıcı tasarımı çok daha kolay olurdu.

Diğer tüm gürültü türleri arzu edilmez ve bunları en aza indirmek için elimizden gelenin en iyisini yapmalıyız.

Genellikle bir tür güç olduğu için gürültüyü watt cinsinden ifade ederiz.

Bu termal gürültü gücünün genliği:

Termal Gürültü = k (Joule / ˚K) × T (˚K) × B (Hz)

K, Boltzmann'ın Joules / ˚K cinsinden sabiti olduğu zaman, T ° Kelvin (° K) cinsinden sıcaklık ve B, Hz cinsinden bant genişliğidir.

Eğer,
k = 1.38 x 10-23
T = 290 ° K (17 ° C veya 62.6 ° F'ye eşdeğer)
Ve,
B = 1 Hz
Daha sonra,
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 x 10-21W / Hz
= 4.002 x 10-18mW / Hz

Eğer dBm'ye çevirirsek,
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0-180 = -174dBm / Hz
Bu, 1 ° C'de 17 Hz bant genişliğindeki termal gürültü gücü miktarıdır ve Gürültü Figürüyle çalışmaya başlamadan önce bu sayıyı ezberden hatırlamanız gerekir.

Termal Gürültü ve Sıcaklık:

Aşağıdaki tablo, hertz başına sıcaklığa karşı termal gürültüyü göstermektedir:

Bu tabloda görebileceğiniz gibi, bu 2 aşırı sıcaklık -40 ° C ve 75 ° C arasındaki termal gürültü farkı sadece

-173.2-174.9 = 1.7dBm

Bu nedenle, kolaylık olması açısından, genellikle orta rakamı 17 ° C (290 ° K) ve -174 dBm referans olarak alırız.

Termal Gürültü ve Çalışma Frekansı Bant Genişliği:

1 MHz bant genişliği için,

Termal Gürültü = −174dBm + 10log (1 × 106)

= -114dBm

Bu terim hakkında ne kadar bilginiz olduğunu test etmek için “termal gürültü” yi 2 soru ile tamamlayacağız. Aşağıda tartışacağımız bu önemli “Gürültü Şekil” parametresini görmeye devam etmeden önce bunu iyice bilmelisiniz:

Q1:  -25 ° C'de termal gürültü hertz başına kaç dBm'dir?

Ans.     -174.7 dBm

Q2: 250 ° C'de 65 kHz bant genişliğine sahip toplam termal gürültü kaç dBm'dir?

Ans.     -119.3 dBm


Sinyal Gürültü Oranı (SNR)
 


Alıcı hassasiyeti, bir alıcının demodüle etme ve zayıf bir sinyalden bilgi alma yeteneğinin bir ölçüsüdür. Hassasiyeti, faydalı bilgiler alabileceğimiz en düşük sinyal gücü seviyesi olarak ölçüyoruz.

Bir alıcının ayırt edebileceği en zayıf sinyal, alıcının sinyale ne kadar termal gürültü eklediğinin bir fonksiyonudur. Sinyal-gürültü oranı bu etkiyi ölçmenin en uygun yoludur.

Giriş sinyali / gürültü oranı için,

SNRin = Sinüs / Nin

Sin, giriş sinyali seviyesidir ve Nin, giriş gürültü seviyesidir.

Çıkış sinyali / gürültü oranı için,

SNRout = Sout / Nout

Sout, çıkış sinyali seviyesidir ve Nout, çıkış gürültü seviyesidir.

KTB her yerde olduğu için Sout / Nout asla Sin / Nin'den daha iyi olamaz. Bu nedenle, sahip olabileceğiniz en iyi durum:

Sout / Nout = Günah / Nin, (SNRout = SNRin)
 
Gürültü Faktörü (F) &
Gürültü Figürü (NF)
Daha ileri gitmeden önce bu iki terimi “Gürültü Faktörü” ve “Gürültü Rakamı” olarak tanımlamamız gerekir.

Gürültü Faktörü (F) = Günah / NinSout / Nout = SNRinSNRout
Gürültü faktörü, sinyalin gürültü oranının bir cihaz tarafından nasıl bozulduğunun bir ölçüsüdür.

Gürültü Figürü ile çalışabilmeniz için bu tanımı ezbere hatırlamanız gerekir.

Mükemmel bir elektronik devrenin (mevcut olmayan) gürültü faktörü 1 olacaktır.

Gerçek dünyada, her zaman 1'den büyüktür.

Ve basitçe,

= Log (SNRin) -log (SNRout)

Gürültü Şekil her zaman 0 dB'den büyük.

Bu 2 önemli terimi aşağıda 3 örnek kullanarak açıklamak istiyorum ve umarım her bir adımı takip etmek için zaman ayırırsınız.

Örnek #1
Elektronik devre şeffafsa, kazanç 0, dahili gürültü seviyesi Nckt de 0'dır.

Ans.

Günah = Sout ve Nin = Nout'tan beri

Gürültü Faktörü (F) = 1 ve

Gürültü Şekil (NF) = 10log (1) = 0

Bu tip devre neredeyse yoktur.

Örnek #2
Elektronik devre 6 dB direnç at ağ zayıflatıcısı (-6 DB) ise, Gürültü Faktörü nedir?

Ans.

Sin ve Nin'de 6 dB kayıp var, bu yüzden

Sout = (1/4) Günah ve sözde,

Nout = (1/4) Nin

Ancak her yerde minimum termal gürültü kTB'dir.

Yani,
Nout = KTB
Bu nedenle,
Gürültü Faktörü (F) = Günah / NinSout / Nout
= Sinüs / KTB (1/4), Sin / KTB = 4
Ve,
Gürültü Şekli (NF) = 10log (4) = 6dB
Gürültü değeri, beklendiği gibi zayıflama 6dB ile tamamen aynıdır.

Örnek #3

Bir amplifikatörün kazancı 12 dB'dir ve gürültü değeri 3 dB'dir,

(a) çıkış portunda Hz başına gürültü seviyesi (dBm cinsinden) ve

(b) bu ​​amplifikatörde oluşturulan Hz başına (dBm cinsinden) ekstra gürültü nedir?




Ans.

(A).
Dan beri,
Yani,

Sout = 16 x Sin

Sinüs / Nin16Sin / Nout = 1.995

Bu nedenle, çıkış bağlantı noktasındaki gürültü seviyesi (dBm cinsinden):

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= -159.0dBm

(B).

Ve

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

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

Birkaç çalışma adımından sonra

x = 15

Bu amplifikatörde yaratılan ekstra gürültü (dBm cinsinden):

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 x 10-17mW = -162.2dBm

 

Tamam, bu makaleyi tamamlama zamanı. Gürültü Figürünün ne olduğunu ve nasıl kullanılacağını gerçekten anlıyor musunuz? Bu 2 sorudan öğrenin:

S1: Bir LNA'nın kazancı 20 dB'dir. Çıkış portunda ölçülen gürültü seviyesi -152 dBm / Hz ise, bu amplifikatörün NF'si nedir?

Ans. 2 dB

S2: Bir amplifikatörün NF'si 1.0 dB ve çalışma frekansı bant genişliği 200 kHz, ölçülen çıkış portu gürültü seviyesi -132 dBm ise, bu amplifikatörün kazancı nedir?

Cevap. 18 dB

Mesaj bırakın 

İleti listesi