噪声系数在系统中的应用

原创 加油射频工程师 2024-03-27 14:08

(1) 今天碎碎念

前两天,没有看通信原理,今天起了个大早,补上了,现在看到连载55,看到调制解调与傅里叶级数展开的关系了。

虽然在这之前,从帖子的回帖以及号友的回复中,已经知晓两者的联系。但是在看到陈老师的连载中这样叙述时,内心还是觉得很激动。

激动啥呢?其实,就是觉得工程背后,都有理论在支撑,好玄妙。

最近打算,把以后公众号新发的技术文章,都整个相应的视频版。其实以前一直想干,但是总觉得,写出来是一回事,讲出来可能又是一回事。

但是,上周试验了一次,发现并不难。因为我写的时候,都是自己一个字一个字打出来的,所以对写出来的东西已经理解的七七八八了。

把文字转成PPT,然后对着PPT,把自己的所思所想讲解出来,并没有花费多长时间。

可能平时写公众号,花的时间也许有3~4个小时,但是转成PPT+讲解,可能就只需要40分钟左右。

现在已经做了4期了。

第一次做的时候,本来就想以公开直播的方式,但是发现公开直播,有心理压力;所以,就改成只对我公开的直播,直播完再把视频下载下来,改名,传到平台上。

欢迎大家关注视频号。

然后视频号上,目前是有这几个合集,点击进去,就能看到合集下面的相应视频了。

(2) 噪声系数是什么?

噪声系数的定义是输入信噪比比上输出信噪比,即噪声系数是对信号的SNR下降的程度进行衡量。

其中,Si/So是指输入信号和输出信号的功率幅度;Ni/No是指输入噪声和输出噪声的功率幅度,而这里需要注意一下,噪声系数定义的温度是16.85℃,即290K。这个温度是IEEE标准设置的测量噪声系数的温度。

一般来说,Ni是指来自匹配电阻的热噪声,即:

假设系统或者器件的等效噪声温度为Te,那么输出端的噪声功率No为:

而So/Si=G,所以,噪声系数的定义,又可以用下式进行表示:


因此,衡量一个系统或者器件的噪声性能的时候,可以用噪声系数,也可以用等效噪声温度来表示,两者之间有一对一的关系。

(3) 噪声系数和灵敏度之间的关系

可以看到,在噪声系数的定义公式中,Si对应的是输入信号的功率。

链路中的器件,比如放大器等,都有自己标称的噪声系数指标。因此,我们在接收系统设计的阶段,可以通过链路预算,计算出链路所对应的噪声系数。

当输出信噪比So/No为基带解调门限的时候,代入噪声系数和输入噪声功率值,求得的Si,即是灵敏度。

(4) ADC的性能与噪声系数的关系

在评估ADC的性能的时候,也会经常把ADC的SNR指标,或者NSD(噪声频谱密度)指标,换算成噪声系数。

当多个器件级联时,其对应的级联等效噪声温度和噪声系数分别为:

如果把ADC前面的电路整体看成一个器件,ADC看成一个器件,那么:

在换算出ADC的噪声系数以后,我们就可以根据整体级联噪声系数的要求,来计算出前级链路所需要的增益和噪声系数,以此作为器件选型的依据。

(5) 噪声系数与发射机宽带噪声的关系

在微波工程中,有这样一个例子。

例子的计算是分四步走:
  • 把dB值转换成线性值 
  • 计算级联的噪声系数

  • 计算级联的等效噪声温度

  • 计算输出的噪声

这个例子,虽然题目中说的是接收机,但是也一定程度上模拟了发射机宽带噪声的计算过程。

因为DAC输出的宽带噪声,一般是高于-174dBm/Hz的,而链路中器件的噪声系数定义时,都是假设输入噪声功率为-174dBm/Hz,即对应的T0=290K。而上面的例子,输入噪声温度不是290K,所以就不能直接用噪声系数的公式来计算。因此,上面是做了个换算,用等效噪声温度来计算的。

或者另外一种等效的方法,就是把输入噪声分成两部分,一部分是290K下的热噪声,另一部分是除去第一部分的剩余部分,然后分别计算。

整了一个excel表格,对上面的两种方法,分别算了一下,结果表明,确实是等效的。


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共学营开营后,会设置一个流片的deadline(目前打算设置在一年左右),需要在这个deadline之前把版图准备好,大家一起流片。

价格是3999元。

你有意愿报名的话,可以加我微信,说明一下意向,并注明是对板级有趣,还是芯片级的有兴趣。说明意向的时候,不用付费,等我差不多规划完,确认开班了,我再统一拉群。

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