Khái niệm cơ bản về tiếng ồn (NF): Nó là gì và cách sử dụng nó để giúp bạn thiết kế một bộ thu - Giai đoạn đơn.

Nhiễu hình (NF): một huyền thoại cũng như một tham số RF quan trọng.

Đó là một trong những điều khoản mà rất nhiều người RF gặp khó khăn để thực sự hiểu và áp dụng.

Có những công thức phức tạp liên quan đến việc khiến bạn rất bối rối khi bạn làm việc với chúng.

Và bạn có thể gặp khó khăn khi áp dụng chúng đúng cách để thiết kế một máy thu.

Khi thiết kế mạch để sử dụng với tín hiệu cực yếu, nhiễu là một cân nhắc quan trọng.

Hình nhiễu (NF) là thước đo mức độ thiết bị làm giảm Tỷ lệ tín hiệu thành nhiễu (SNR), với các giá trị thấp hơn cho thấy hiệu suất tốt hơn.

Sự đóng góp tiếng ồn của mỗi thiết bị trong đường dẫn tín hiệu phải đủ thấp để nó không làm giảm đáng kể Tỷ lệ tín hiệu thành nhiễu.

Tôi sẽ chỉ cho bạn các khái niệm RF dễ dàng và phổ biến đó và cuối cùng bạn sẽ có thể thiết kế và hoàn thành các dự án RF và các sản phẩm có thể bán được trong một thời gian rất ngắn mà không mắc nhiều lỗi.

Tôi cũng sẽ cung cấp một vài tài nguyên cho những bạn muốn tìm hiểu chi tiết nâng cao hơn.

Giới tính là gì?
Trước khi thảo luận về Hệ số nhiễu và Hình nhiễu, chúng ta cần biết rõ hơn về nhiễu của máy thu.

Điều đầu tiên chúng ta cần biết là có tiếng ồn nhiệt ở khắp mọi nơi trong không gian và đây là công suất tiếng ồn tối thiểu chúng ta cần đối mặt và xử lý.

Không có cách nào chúng ta có thể thoát khỏi nó.

Thiết kế máy thu sẽ dễ dàng hơn nhiều nếu tiếng ồn cơ bản này không tồn tại.

Tất cả các loại tiếng ồn khác là không mong muốn và chúng ta nên làm hết sức mình để giảm thiểu chúng.

Thông thường chúng ta thể hiện tiếng ồn tính bằng watt vì đây là một loại năng lượng.

Biên độ của công suất nhiễu nhiệt này là:

Nhiễu nhiệt = k (Joules / K) × T (K) × B (Hz)

Trong đó k là hằng số của Boltzmann tính bằng Joules / K, T là nhiệt độ tính bằng ° Kelvin (° K) và B là băng thông tính bằng Hz.

Nếu như,
k = 1.38 × 10−23
T = 290 ° K (tương đương 17 ° C hoặc 62.6 ° F)
Và,
B = 1Hz
Sau đó,
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 × 10−21W / Hz
= 4.002 × 10−18mW / Hz

Nếu chúng ta chuyển đổi nó thành dBm, thì,
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0−180 = −174dBm / Hz
Đây là lượng công suất nhiễu nhiệt trong băng thông 1 Hz @ 17 ° C và bạn nên ghi nhớ con số này trước khi làm việc với Hình nhiễu.

Tiếng ồn nhiệt và nhiệt độ:

Bảng dưới đây cho thấy tiếng ồn nhiệt trên mỗi hertz so với nhiệt độ:

Như bạn có thể thấy trong bảng này, chênh lệch nhiệt giữa 2 nhiệt độ cực đoan -40 ° C và 75 ° C này chỉ là

−173.2−174.9 = 1.7dBm

Do đó, để thuận tiện, chúng tôi thường lấy số giữa 17 ° C (290 ° K) & -174 dBm làm tham chiếu.

Tiếng ồn nhiệt và băng thông tần số hoạt động:

Đối với băng thông 1 MHz,

Nhiễu nhiệt = −174dBm + 10log (1 × 106)

= −114dBm

Chúng tôi sẽ kết thúc tiếng ồn nhiệt độ nóng lòng với 2 câu hỏi để kiểm tra xem bạn biết bao nhiêu về thuật ngữ này. Bạn phải biết kỹ về nó trước khi tiếp tục xem thông số quan trọng này Tiếng ồn Hình mà chúng ta sẽ thảo luận dưới đây:

Q1:  Có bao nhiêu dBm trên mỗi hertz là tiếng ồn nhiệt ở -25 ° C?

Ans.     -174.7 dBm

Q2: Tổng nhiễu là bao nhiêu dBm với băng thông 250 kHz ở 65 ° C?

Ans.     -119.3 dBm


Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm (SNR)
 


Độ nhạy của máy thu là thước đo khả năng của máy thu giải điều chế và nhận thông tin từ tín hiệu yếu. Chúng tôi định lượng độ nhạy là mức công suất tín hiệu thấp nhất từ ​​đó chúng tôi có thể nhận được thông tin hữu ích.

Tín hiệu yếu nhất mà máy thu có thể phân biệt là chức năng của mức độ nhiễu nhiệt mà máy thu thêm vào tín hiệu. Tỷ lệ tín hiệu / nhiễu là cách thuận tiện nhất để định lượng hiệu ứng này.

Đối với tín hiệu đầu vào tỷ lệ nhiễu,

SNRin = Tội lỗi / Nin

Trong đó Sin là mức tín hiệu đầu vào và Nin là mức nhiễu đầu vào.

Đối với tín hiệu đầu ra tỷ lệ nhiễu,

SNRout = Sout / Nout

Trong đó Sout là mức tín hiệu đầu ra và Nout là mức nhiễu đầu ra.

Vì kTB có ở khắp mọi nơi, Sout / Nout không bao giờ có thể tốt hơn Sin / Nin. Do đó, tình huống tốt nhất bạn có thể có là:

Sout / Nout = Sin / Nin, (SNRout = SNRin)
 
Hệ số tiếng ồn (F) &
Hình nhiễu (NF)
Chúng ta cần xác định hai thuật ngữ này là Tiếng ồn Yếu tố Tiếng ồn và Tiếng ồn Hình Hình trước khi đi xa hơn.

Yếu tố tiếng ồn (F) = Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
Hệ số nhiễu là thước đo mức độ suy giảm tỷ lệ tín hiệu / nhiễu của thiết bị.

Bạn cần ghi nhớ định nghĩa này trước khi bạn có thể làm việc với Hình nhiễu.

Một mạch điện tử hoàn hảo (không tồn tại) sẽ có hệ số nhiễu là 1.

Trong thế giới thực, nó luôn lớn hơn 1.

Và đơn giản,

= log (SNRin) −log (SNRout)

Hình nhiễu luôn lớn hơn 0 dB.

Tôi muốn giải thích 2 thuật ngữ quan trọng này bằng 3 ví dụ dưới đây và tôi hy vọng bạn sẽ dành thời gian để làm theo từng bước một.

Ví dụ 1
Nếu mạch điện tử trong suốt, thì mức tăng là 0, mức nhiễu nội bộ Nckt cũng bằng 0.

Ans.

Vì Sin = Sout và Nin = Nout

Hệ số tiếng ồn (F) = 1 và

Hình nhiễu (NF) = 10log (1) = 0

Loại mạch này gần như không tồn tại.

Ví dụ 2
Nếu mạch điện tử là bộ suy giảm mạng điện trở 6 dB (-6 DB), thì hệ số nhiễu là gì?

Ans.

Cả Sin và Nin đều có tổn thất 6 dB, vì vậy

Sout = (1/4) Tội lỗi và được cho là,

Nout = (1/4) Nin

Nhưng tiếng ồn nhiệt tối thiểu ở bất cứ đâu là kTB.

Vì vậy,
Nout = kTB
Vì vậy,
Yếu tố tiếng ồn (F) = Sin / NinSout / Nout
= Tội lỗi / kTB (1/4) Tội lỗi / kTB = 4
Và,
Hình nhiễu (NF) = 10log (4) = 6dB
Con số tiếng ồn hoàn toàn giống với mức suy giảm 6dB, như mong đợi.

Ví dụ 3

Bộ khuếch đại có mức tăng 12 dB và tiếng ồn là 3 dB,

(a) mức nhiễu trên mỗi Hz (tính bằng dBm) ở cổng đầu ra là bao nhiêu và

(b) tiếng ồn thêm trên mỗi Hz (tính bằng dBm) được tạo ra trong bộ khuếch đại này là gì?




Ans.

(A).
Kể từ khi,
Vì vậy,

Sout = 16 × Sin

Tội lỗi / Nin16Sin / Nout = 1.995

Vì vậy, độ ồn (tính bằng dBm) tại cổng đầu ra là:

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= −159.0dBm

(B).

và

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

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

Sau vài bước hoạt động

x = 15

Vì vậy, tiếng ồn thêm (tính bằng dBm) được tạo ra trong bộ khuếch đại này là:

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 × 10−17mW = −162.2dBm

 

Được rồi, thời gian để kết thúc bài viết này. Bạn có muốn biết nếu bạn thực sự hiểu Tiếng ồn là gì và làm thế nào để sử dụng nó? Tìm hiểu từ 2 câu hỏi sau:

Q1: Một LNA có mức tăng 20 dB. Nếu mức ồn đo được ở cổng ra là -152 dBm / Hz thì NF của bộ khuếch đại này là bao nhiêu?

Trả lời. 2 dB

Câu hỏi 2: NF của một bộ khuếch đại là 1.0 dB và băng thông tần số hoạt động là 200 kHz, nếu mức ồn cổng ra đo được là -132 dBm thì độ lợi của bộ khuếch đại này là bao nhiêu?

Trả lời. 18 dB

Để lại lời nhắn 

Danh sách tin nhắn