Osnove bučne slike (NF): što je to i kako pomoću nje pomoći dizajniranju prijemnika - pojedinačna faza.

Slika buke (NF): mit kao i važan RF parametar.

To je jedan od termina koji ima puno ljudi iz RF-a koji imaju poteškoća da stvarno shvate i primijene.

Postoje složene formule koje vas vrlo zbunjuju nakon što prođete kroz njih.

A možda ćete imati poteškoća pravilno ih primijeniti za dizajn prijemnika.

Pri dizajniranju krugova za korištenje s izuzetno slabim signalima buka je važna.

Slika buke (NF) je mjera koliko uređaj degradira omjer signala i šuma (SNR), s nižim vrijednostima koje ukazuje na bolje performanse.

Doprinos buke svakog uređaja u signalnoj stazi mora biti dovoljno nizak da neće značajno pogoršati omjer signala i šuma.

Pokazat ću vam one jednostavne i uobičajene RF koncepte i na kraju ćete u vrlo kratkom vremenu moći osmisliti i dovršiti RF projekte i prodajne proizvode bez puno grešaka.

Osigurat ću i nekoliko resursa za one od vas koji bi željeli naučiti naprednije detalje.

Što je "kTB"?
Prije nego što razmotrimo faktor buke i sliku buke, moramo bolje znati buku prijemnika.

Prvo što trebamo znati jest postojati toplinski šum svugdje u prostoru i to je minimalna snaga buke s kojom se moramo suočiti i rješavati.

Ni na koji način se ne možemo riješiti.

Dizajn prijemnika bio bi mnogo lakši da ne postoji ova osnovna buka.

Sve druge vrste buke nisu poželjne i trebali bismo dati sve od sebe da ih smanjimo na minimum.

Obično iskažemo buku u vatima jer je to jedna vrsta snage.

Amplituda ove toplotne buke iznosi:

Toplinski šum = k (Joules / ˚K) × T (˚K) × B (Hz)

Gdje je k Boltzmannova konstanta u Joulesu / ˚K, T je temperatura u ° Kelvin (° K), a B je širina pojasa u Hz.

Ako,
k = 1.38 × 10-23
T = 290 ° K (ekvivalentno 17 ° C ili 62.6 ° F)
I,
B = 1 Hz
Zatim,
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 × 10-21W / Hz
= 4.002 × 10-18mW / Hz

Ako ga pretvorimo u dBm, tada,
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0-180 = -174dBm / Hz
Ovo je količina toplinske buke u 1 Hz opsegu @ 17 ° C i ovo bi se trebalo prisjetiti napamet prije rada sa slikom buke.

Toplinski šum i temperatura:

Tablica u nastavku prikazuje toplinski šum po hertzu u odnosu na temperaturu:

Kao što možete vidjeti u ovoj tablici, razlika u toplinskoj buci između ove 2 ekstremne temperature -40 ° C i 75 ° C je samo

-173.2-174.9 = 1.7dBm

Stoga, radi praktičnosti, obično uzimamo kao referencu srednji broj od 17 ° C (290 ° K) i -174 dBm.

Toplinski šum i frekvencijska širina pojasa:

Za propusni opseg od 1 MHz,

Toplinski šum = −174dBm + 10log (1 × 106)

= -114dBm

Završit ćemo „toplotni šum“ s 2 pitanja kako bismo testirali koliko znate o ovom pojmu. To morate temeljno znati prije nego što nastavite vidjeti ovaj važan parametar "Slika buke" o kojem ćemo raspravljati u nastavku:

Q1:  Koliko je dBm po hertzu toplinska buka pri -25 ° C?

Odg.     -174.7 dBm

Q2: Koliko je dBm ukupni toplinski šum sa širinom pojasa od 250 kHz na 65 ° C?

Odg.     -119.3 dBm


Omjer signala i buke (SNR)
 


Osjetljivost prijemnika mjera je sposobnosti prijemnika da demodulira i dobije informacije od slabog signala. Kvantificiramo osjetljivost kao najnižu razinu snage signala iz koje možemo dobiti korisne informacije.

Najslabiji signal koji prijamnik može razlikovati je funkcija količine toplinske buke koju prijamnik dodaje signalu. Omjer signal / šum najprikladniji je način kvantifikacije ovog učinka.

Za omjer ulaznog signala i šuma,

SNRin = Sin / Nin

Gdje je Sin nivo ulaznog signala, a Nin je razina ulaznog buke.

Za omjer izlaznog signala i šuma,

SNRout = Sout / Nout

Gdje je Sout razina izlaznog signala, a Nout je razina izlaznog šuma.

Budući da je kTB svugdje, Sout / Nout nikad ne može biti bolji od Sin / Nin. Stoga je najbolja situacija koju možete imati:

Sout / Nout = Grijeh / Nin, (SNRout = SNRin)
 
Faktor buke (F) &
Slika buke (NF)
Prije nego što nastavimo, moramo definirati ova dva pojma "Faktor buke" i "Šuma buke".

Faktor buke (F) = Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
Faktor buke je mjera kako uređaj oštećuje omjer signala i šuma.

Te definicije morate napamet napamet prije nego što budete mogli raditi s Noise Figure.

Savršeno elektroničko kolo (koje ne postoji) imalo bi faktor buke jedan.

U stvarnom je svijetu uvijek veći od 1.

I jednostavno,

= Log (SNRin) -log (SNRout)

Slika buke uvijek je veća od 0 dB.

Želio bih objasniti ova dva važna izraza pomoću 2 primjera u nastavku i nadam se da će vam trebati vremena da prođete kroz svaki pojedinačni korak.

Primjer 1
Ako je elektronički krug transparentan, tada je dobitak 0, unutarnja razina buke Nckt je također 0.

Odg.

Budući da je Sin = sok i Nin = Nout

Faktor buke (F) = 1 i

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

Ova vrsta sklopa gotovo da i ne postoji.

Primjer 2
Ako je elektronički krug 6 dB otpornik π mrežnog prigušivača (-6 DB), što je faktor buke?

Odg.

I Sin i Nin imaju 6 dB gubitaka, dakle

Sout = (1/4) Grijeh i navodno,

Nout = (1/4) Nin

Ali minimalni toplinski šum bilo gdje je kTB.

Dakle,
Nout = KTB
Prema tome,
Faktor buke (F) = Sin / NinSout / Nout
= Sin / KTB (1/4) Sin / KTB = 4
I,
Slika buke (NF) = 10log (4) = 6dB
Broj buke potpuno je isti kao prigušenje 6dB, kao što se očekivalo.

Primjer 3

Pojačalo ima dobitak od 12 dB, a broj buke je 3 dB,

(a) kolika je razina buke po Hz (u dBm) na izlaznom priključku i

(b) koliki je dodatni šum po Hz (u dBm) stvoren u ovom pojačalu?




Odg.

(A).
Od,
Dakle,

Sout = 16 × Sin

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

Prema tome, razina buke (u dBm) na izlaznom priključku je:

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= -159.0dBm

(B).

I

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

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

Nakon nekoliko koraka rada

x = 15

Dakle, dodatni šum (u dBm) stvoren u ovom pojačalu je:

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 × 10-17mW = -162.2dBm

 

U redu, vrijeme je da završite ovaj članak. Želite li znati znate li što je zapravo bučna figura i kako je koristiti? Saznajte iz ova dva pitanja:

P1: LNA ima pojačanje od 20 dB. Ako je izmjerena razina buke na izlaznom priključku -152 dBm / Hz, koji je onda NF ovog pojačala?

Ans. 2 dB

P2: NF pojačala je 1.0 dB, a širina pojasa radne frekvencije 200 kHz, ako je izmjerena razina buke izlaznog priključka -132 dBm, koliki je dobitak ovog pojačala?

Odg. 18 dB

Ostavite poruku 

Lista Poruka