Meluhahmon (NF) perusteet: Mikä se on ja kuinka sitä voidaan käyttää vastaanottimen suunnittelussa - Yksivaiheinen.

Meluhahmo (NF): myytti ja tärkeä RF-parametri.

Se on yksi termeistä, joilla monilla RF-ihmisillä on vaikeuksia todella ymmärtää ja soveltaa.

Mukana on monimutkaisia ​​kaavoja, jotka saavat sinut hyvin hämmentymään, kun työskentelet niiden läpi.

Ja sinulla voi olla vaikeuksia soveltaa niitä oikein vastaanottimen suunnitteluun.

Suunniteltaessa piirejä käytettäväksi erittäin heikkojen signaalien kanssa, melu on tärkeä huomio.

Noise Figure (NF) on mitta siitä, kuinka paljon laite huonontaa signaalin ja kohinasuhdetta (SNR), pienemmillä arvoilla osoittaen parempaa suorituskykyä.

Kunkin signaalipolun laitteen kohinanvaikutuksen on oltava riittävän pieni, jotta se ei heikennä merkittävästi signaalin ja melun suhdetta.

Näytän sinulle noita helppoja ja yleisiä RF-konsepteja, ja voit lopulta suunnitella ja valmistaa RF-projekteja ja myytäviä tuotteita hyvin lyhyessä ajassa tekemättä paljon virheitä.

Annan myös joitain resursseja niille teistä, jotka haluaisivat tietää tarkempia yksityiskohtia.

Mikä on “kTB”?
Ennen kuin keskustellaan melutekijästä ja kohinakuvasta, meidän on tiedettävä paremmin vastaanottimen melusta.

Ensimmäinen asia, joka meidän on tiedettävä, on tilan melu kaikkialla tilassa, ja tämä on minimaalinen meluteho, joka meidän on kohdattava ja käsiteltävä.

Emme voi päästä eroon siitä.

Vastaanottimen suunnittelu olisi ollut paljon helpompaa, jos tätä perusmelua ei olisi olemassa.

Kaikki muut melutyypit eivät ole toivottavia, ja meidän olisi tehtävä parhaamme niiden minimoimiseksi.

Yleensä ilmaistamme melua watteina, koska se on yhden tyyppinen teho.

Tämän lämpökohinavoiman amplitudi on:

Lämpömelu = k (džoulit / ˚K) × T (˚K) × B (Hz)

Missä k on Boltzmannin vakio jouleina / ˚K, T on lämpötila celveneina (° K) ja B on kaistanleveys hertseinä.

Jos,
k = 1.38 x 10-23
T = 290 ° K (vastaa 17 ° C tai 62.6 ° F)
Ja,
B = 1 Hz
Sitten
Thermal Noise =1.38×10−23×290×1
= 4.002 x 10-21W / Hz
= 4.002 x 10-18mW / Hz

Jos muunnamme sen dBm: ksi, niin
4.002×10−18mW/Hz=10log(4.002×10−18)
= 6.0-180 = -174dBm / Hz
Tämä on lämpökohinavoiman määrä 1 Hz: n kaistalla @ 17 ° C, ja sinun tulisi muistaa tämä luku sydämeltäsi ennen kuin työskentelet kohinakuvan kanssa.

Lämpömelu ja lämpötila:

Seuraava taulukko näyttää lämpökohinan hertsejä kohden lämpötilan suhteen:

Kuten tästä taulukosta näet, näiden kahden äärilämpötilan -2 ° C ja 40 ° C välinen lämpökohinaero on vain

-173.2-+174.9 = 1.7dBm

Siksi mukavuuden vuoksi otamme yleensä keskimmäisen luvun 17 ° C (290 ° K) ja -174 dBm.

Lämpömelu ja toimintataajuuden kaistanleveys:

1 MHz kaistanleveydellä

Lämpömelu = −174dBm + 10log (1 × 106)

= -114dBm

Kääritämme ”lämpökohina” kahdella kysymyksellä testataksesi kuinka paljon tiedät tästä termiä. Sinun on tiedettävä se perusteellisesti ennen kuin näet tämän tärkeän parametrin ”Noise Figur”, josta keskustelemme jäljempänä:

Q1:  Kuinka monta dBm / hertsi on lämpömelu -25 ° C: ssa?

Ans.     -174.7 dBm

Q2: Kuinka monta dBm on kokonaislämpömelu kaistanleveydellä 250 kHz 65 ° C: ssa?

Ans.     -119.3 dBm


Signaalin melusuhde (SNR)
 


Vastaanottimen herkkyys mitataan vastaanottimen kykyä demoduloida ja saada tietoja heikosta signaalista. Määrittelemme herkkyyden alimpana signaalin tehotasona, josta voimme saada hyödyllistä tietoa.

Heikoin signaali, jonka vastaanotin voi erottaa, on funktio siitä, kuinka paljon lämpöä kohinaa vastaanotin lisää signaaliin. Signaali-kohinasuhde on sopivin tapa kvantifioida tämä vaikutus.

Tulosignaalin ja kohinasuhteen osalta

SNRin = Sin / Nin

Missä Sin on tulosignaalin taso ja Nin on tulosignaalin taso.

Lähtösignaalin ja kohinasuhteen

Snrout = Sout / Nout

Missä Sout on lähtösignaalin taso ja Nout on lähtökohinan taso.

Koska kTB on kaikkialla, Sout / Nout ei voi koskaan olla parempi kuin Sin / Nin. Siksi paras tilanne voi olla:

Sout / Nout = Sin / Nin, (SNRout = SNRin)
 
Melutekijä (F) &
Melutaso (NF)
Meidän on määriteltävä nämä kaksi termiä ”kohinakerroin” ja “meluhahmo” ennen eteenpäin siirtymistä.

Melukerroin (F) = Sin / NinSout / Nout = SNRinSNRout
Melukerroin on mitta siitä, kuinka laite vähentää signaalin ja kohinan suhdetta.

Sinun on muistettava tämä määritelmä sydämestäsi, ennen kuin pystyt työskentelemään kohinakuvan kanssa.

Täydellisen elektronisen piirin (jota ei ole olemassa) kohinakerroin olisi 1.

Todellisessa maailmassa se on aina suurempi kuin yksi.

Ja yksinkertaisesti,

= Log (SNRin) -log (snrout)

Meluhahmo on aina suurempi kuin 0 dB.

Haluaisin selittää nämä kaksi tärkeätä termiä käyttämällä kolmea alla olevaa esimerkkiä ja toivon, että viete aikaa seurataksesi jokaista vaihetta.

Esimerkki # 1
Jos elektroninen piiri on läpinäkyvä, niin vahvistus on 0, sisäinen melutaso Nckt on myös 0.

Ans.

Koska Sin = Sout ja Nin = Nout

Melutekijä (F) = 1 ja

Meluhahmo (NF) = 10logi (1) = 0

Tämän tyyppisiä piirejä melkein ei ole.

Esimerkki # 2
Jos elektroninen piiri on 6 dB: n vastuksen π-verkon vaimennin (-6 DB), mikä on kohinakerroin?

Ans.

Sekä Sinillä että Ninillä on 6 dB tappiota, joten

Sout = (1/4) synti ja oletettavasti,

Nout = (1/4) Nin

Mutta minimaalinen lämpökohina missä tahansa on kTB.

Niin,
Nout = KTB
Näin ollen,
Melukerroin (F) = Sin / NinSout / Nout
= Sin / KTB (1/4) Sin / KTB = 4
Ja,
Melukuva (NF) = 10log (4) = 6dB
Kohinan luku on tarkalleen sama kuin vaimennus 6dB, kuten odotettiin.

Esimerkki # 3

Vahvistimen vahvistus on 12 dB ja kohinan luku on 3 dB,

a) mikä on melutaso hertsiä kohden (dBm) lähtöportissa, ja

(b) mikä on ylimääräinen kohina hertsiä kohti (dBm), joka syntyy tähän vahvistimeen?




Ans.

(A).
Siitä asti kun,
Niin,

Sout = 16 x Sin

Sin / Nin16Sin / Nout = 1.995

Näin ollen, melutaso (dBm) lähtöportissa on:

=10log31.9+10logkTB=15.0−174

= -159.0dBm

(B).

Ja

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

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

Muutaman käyttövaiheen jälkeen

x = 15

Joten tässä vahvistimessa luotu ylimääräinen kohina (dBm) on:

15kTB=15×4.0×10−18mW

= 6.0 × 10-17mW = -162.2dBm

 

Okei, aika kääntää tämä artikkeli. Haluatko tietää, ymmärrätkö todella meluhahmo ja miten sitä käytetään? Ota selvää näistä kahdesta kysymyksestä:

Q1: LNA: n vahvistus on 20 dB. Jos mitattu melutaso lähtöportissa on -152 dBm / Hz, mikä on tämän vahvistimen NF?

Ans. 2 dB

Q2: Vahvistimen NF on 1.0 dB ja toimintataajuuden kaistanleveys 200 kHz, jos mitattu lähtöportin melutaso on -132 dBm, mikä on tämän vahvistimen vahvistus?

Ans. 18 dB

Jätä viesti 

viestiluettelo