干貨｜漫話噪聲系數

2021年7月1日 13:13
瀏覽：2725

▲ 更多精彩內容 請點擊上方藍字關注我們吧！


在射頻領域描述器件或系統的噪聲的參數通常有 3 個：噪聲指數 NF、噪聲系數 F 與等效噪聲溫度 Te。

1、噪聲指數與噪聲系數的定義

噪聲指數與噪聲系數的關系很簡單，噪聲指數就是用分貝為單位表示的噪聲系數：
干貨｜漫話噪聲系數的圖1
有幾種噪聲系數的定義，它們都可以相互轉換。常見的一種定義是，噪聲系數等于輸入信號的信噪比與 輸出信號的信噪比的比值：

干貨｜漫話噪聲系數的圖2
顯然，用分貝計算會稍稍簡便些：

干貨｜漫話噪聲系數的圖3
或者

干貨｜漫話噪聲系數的圖4
根據上述定義，可以寫出其他幾種定義噪聲系數的公式。

干貨｜漫話噪聲系數的圖5
其中，GP是器件或系統的功率增益，PNI 或 PNO表示在器件或系統的輸入端或輸出端看到的總噪聲功率。上式中，分子上的 PNO是在輸出端看到的噪聲功率，它由兩部分組成：外部的信號源提供的噪聲經過系 統后出現在輸出端的功率，以及系統內部噪聲出現在輸出端的功率。分母上的 PNI 是在系統輸入端看到的噪 聲功率，它全部由外部的信號源提供，乘以系統的增益 GP后就是在輸出端看到的由信號源提供的噪聲功率。所以上式也可以寫成

干貨｜漫話噪聲系數的圖6
下標 source 表示由外部信號源的噪聲引起的輸出噪聲，下標 system 表示由系統內部噪聲引起的輸出噪聲。有些時候，也可以將輸出端看到的所有噪聲等效到系統的輸入端，就有

干貨｜漫話噪聲系數的圖7
當然，上面公式成立的前提是假設在有用的頻帶內，系統的功率增益是平坦的。由 7 式可見，噪聲系數 F 不僅與系統內部的噪聲功率有關，還與信號源的噪聲功率有關。當器件或系 統的內部噪聲功率一定時，信號源輸入的噪聲功率越大，其噪聲系數越小。
 
生產廠商在測定器件的噪聲系數時，將外部噪聲源定義為由一個與被測器件的輸入阻抗匹配的電阻產 生的熱噪聲。電阻的熱噪聲功率可以由下式表達：
干貨｜漫話噪聲系數的圖8
其中 k=1.38×10e-23(J/K) 是玻爾茲曼常數，T 是絕對溫標下的溫度，B 是噪聲帶寬。 

當外部電阻與被測器件的輸入阻抗匹配時，器件或系統得到的輸入噪聲功率為
干貨｜漫話噪聲系數的圖9
通常取室溫 T=T0=290K，此時這個電阻的噪聲功率譜密度為

干貨｜漫話噪聲系數的圖10
在此條件下，噪聲系數為

干貨｜漫話噪聲系數的圖11
通常將上述式子中的 PNO(total)/B 作為輸出端的噪聲功率譜密度，記為 DNO，則有

干貨｜漫話噪聲系數的圖12
改用分貝的形式，就是

干貨｜漫話噪聲系數的圖13
 
2、利用噪聲指數計算系統的輸出噪聲

根據噪聲指數的定義，系統輸出端的噪聲功率譜密度為
干貨｜漫話噪聲系數的圖14
然而值得注意的是：上述公式僅在信號源的噪聲僅為匹配的信號源內阻的熱噪聲條件下成立，或者說信 號源的噪聲功率譜密度被規定為 干貨｜漫話噪聲系數的圖15   這個規定對于生產廠標定噪聲系數 是必須的，但在計算一個實際的射頻系統的輸出噪聲時，由于輸入系統的噪聲功率譜密度未必就是 kT0，所 以很多時候不能直接套用 14 式計算射頻系統的輸出噪聲功率，也不能直接套用 4 式計算射頻系統的輸出信 噪比。 

一個噪聲指數為 NF(dB)的系統，其增益為 GP(dB)，信號源輸入的噪聲功率譜密度為 DNS(mW/Hz)，則 此系統內部噪聲在輸出端的功率譜密度為
干貨｜漫話噪聲系數的圖16
信號源輸入的噪聲在輸出端的功率譜密度為

干貨｜漫話噪聲系數的圖17
或者寫成分貝的形式：

干貨｜漫話噪聲系數的圖18

3、等效噪聲溫度

在低噪聲系統中，通常用等效噪聲溫度 Te 替代噪聲系數。該表示方法是將系統內部產生的噪聲等效為 一個位于輸入端的溫度為 Te的電阻產生的熱噪聲。根據噪聲系數的定義，此時有
干貨｜漫話噪聲系數的圖19
其中 T0=290K。所以，等效噪聲溫度與噪聲系數的關系是

干貨｜漫話噪聲系數的圖20
采用等效噪聲溫度概念的最大優點是當系統的噪聲很低時，比較容易分辨噪聲的大小。例如，兩個噪聲 系數 1.07 和 1.10 只相差 0.03，但用等效噪聲溫度表示后，分別為 20K 和 30K，相差 10K。
干貨｜漫話噪聲系數的圖21
其中 PnsH是此噪聲源產生的高噪聲溫度的噪聲功率，PnsL是室溫即 290K 的噪聲功率。

測量時通過改變噪聲源的輸出噪聲功率，用頻譜分析儀讀出被測系統輸出端的兩個噪聲功率譜密度，它 們的比值即 Y 因子：
干貨｜漫話噪聲系數的圖22
然后用下式計算被測系統的噪聲指數：

干貨｜漫話噪聲系數的圖23
上式的證明如下：

將 23 式還原為線性形式，就是
干貨｜漫話噪聲系數的圖24
再將 21 式和 22 式代入，得到

干貨｜漫話噪聲系數的圖25
注意到： 干貨｜漫話噪聲系數的圖26

因此 25 式可寫為
干貨｜漫話噪聲系數的圖27
由于 PnsL是室溫即 290K 的噪聲功率，所以這正是噪聲系數的表達式。


推薦閱讀

干貨｜由一個實例，講到MOS管電源開關電路的軟啟動

干貨｜關于靜電ESD防護，我們怎樣才能免遭毒手

干貨｜輸出電壓為什么要偏移？差分電路原理解析

干貨｜高頻電路不穩定？教你從零實戰小功率開關電源設計

在公眾號內回復您想搜索的任意內容，如問題關鍵字、技術名詞、bug代碼等，就能輕松獲得與之相關的專業技術內容反饋。快去試試吧！

由于微信公眾號近期改變了推送規則，如果您想經常看到我們的文章，可以在每次閱讀后，在頁面下方點一個「贊」或「在看」，這樣每次推送的文章才會第一時間出現在您的訂閱列表里。


或將我們的公眾號設為星標。進入公眾號主頁后點擊右上角「三個小點」，點擊「設為星標」，我們公眾號名稱旁邊就會出現一個黃色的五角星（Android 和 iOS 用戶操作相同）。

干貨｜漫話噪聲系數的圖28
聚焦行業熱點， 了解最新前沿
敬請關注EEWorld電子頭條
http://www.eeworld.com.cn/mp/wap
復制此鏈接至瀏覽器或長按下方二維碼瀏覽
干貨｜漫話噪聲系數的圖29
以下微信公眾號均屬于
  EEWorld（www.eeworld.com.cn）
歡迎長按二維碼關注！
干貨｜漫話噪聲系數的圖30
EEWorld訂閱號：電子工程世界
干貨｜漫話噪聲系數的圖31
EEWorld服務號：電子工程世界福利社
登錄后免費查看全文
立即登錄
App下載
技術鄰APP
工程師必備
  • 項目客服
  • 培訓客服
  • 平臺客服

TOP