接受链路中的那些噪声,热噪声,相位噪声还有量化噪声

原创 加油射频工程师 2024-11-20 14:04

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在链路设计的时候,很多时候,我们都是与链路上的各种噪声在做斗争,如果没有噪声的存在,那链路中的那些设计操作,就都没有用武之地了。

(1) 热噪声

在链路设计的时候,最常用的小软件,就是计算级联链路的增益,噪声系数,互调特性等的小软件。这类小软件,有很多家,软件的背后,是各种级联公式的实现,比如说噪声系数的级联公式,互调截点的级联公式等等。

我常用的是ADI家的ADISimRF,他家的官网上就有下载。

在使用这类小软件的过程中,我们想要知道的主要指标之一,就是整个链路的噪声系数(Noise Figure),而这个噪声系数,主要则是来自于链路中各个器件的热噪声。

热噪声,由于器件内部电子的随机运动产生的。我们计算过程中,经常用到的-174dBm/Hz的底噪,就是以16.85°(290K)的温度下的电阻R为电压源,负载的阻值也是R时,负载上获得的噪声功率。

号友有问过我,为啥把KT代入进去,算不到-174dBm/Hz,这个时候,大概率是忽略了玻尔兹曼常数的单位是J/K,而J=W*s,W换算成dBm的时候,除了取log之外,还要再加上30dBm。

与热噪声相关的一个常用名词,是噪声温度。噪声温度是一个等价过来的概念,但是在分析级联噪声的时候非常管用,比如微波工程中,噪声系数级联公式的推导,就是基于噪声温度。

在推导接收机的灵敏度的时候,我们通常默认输入是-174dBm/Hz;但是在推导非-174dBm/Hz输入时,比如发射机中的宽带噪声计算时,噪声温度就非常好使。

等效噪声温度比噪声系数更容易理解吧?

(2) 本振相噪

本振相噪,又是链路中的另一大噪声来源。一般来说,如果只有带内信号的时候,都不太会考虑本振相噪,就如上面的小软件在计算链路噪声系数的时候,并没有把本振相噪考虑在内。

这是因为,当输入信号的幅度为灵敏度这个量级的话,输入SNR已经并不会太好了,而本振本身是质量比较好的源,那换算下来,SNR也是不差的,两者混频,就像电阻并联一样,哪个小,就哪个影响比较大。而在经过混频器时,一般情况下是输入信号的SNR比较小(比较差),所以就还是以输入信号的SNR为主。

那如果啥时候,输入信号和本振信号的SNR可以比拟了,那就该也算上了。两个信号混频的时候,SNR的计算,见下面的链接。

一扣指标,射频难度就直线上升(2)

当除了带内信号还有带外信号的时候,由于倒易混频的原因,本振相噪会与带外信号混频,把相噪的影响引入到带内。这个是接收机设计的时候,经常要考虑的问题。

(3) 量化噪声

量化噪声,顾名思义,就是由于量化产生的噪声。

模拟信号是连续电平信号,也就是说,你不管把观察窗口弄的多小,信号幅度之间还是连续的。但是数字信号不是,ADC的位数是有限的,所以代表的电平数也是有限的。

因此,在模拟信号和数字信号之间要进行转换的时候,当把观察窗口放到足够小时,就会发现,模拟信号和数字信号之间是有误差的。

ADC的量化噪声是个啥?

虽然ideal ADC,量化噪声与SNR之间有一个公式,就是SNR=6.02*N+1.76dB,但是我们在设计的时候,还是会用手册上实测的SNR来进行链路估算。

大部分时候,这个SNR会比理论计算的来的差一点。

然后作为射频人员,又会把这个SNR换算成熟悉的NF,来做链路预算。

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每个分指标的计算后面,都跟着一个仿真验证。所有指标都分配完了以后,还会有一个整体链路的仿真。

整体链路仿真,还分单音时候的验证+调制信号的验证;ADS仿完,再用SystemVue走一遍。

这些仿真步骤,该采用什么模板,各个参数该怎么设置,该用什么等价标准来判断,都是我花了很长时间探索,才联通起来的。

我觉得大概率是全网独一份,因为这些都是我结合软件自带的help文件和模板,再结合项目,一点一点探索出来的,有很多自己的想法在里面。

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