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噪声系数,我们非常熟悉的一个参数-世界快播

什么是噪声系数?

说到噪声系数,有这样两种定义。

一种呢,即是输入信噪比比上输出信噪比。


(资料图片)

物理意义就是,噪声系数表征的是一个系统对信号信噪比的恶化情况。

另一种呢,就是指实际输出的噪声与假设系统是无噪声时的系统输出噪声。

有点拗口啊。

白话一点,就是说,噪声进入系统,然后得到系统输出端的噪声。

然后假设系统是无噪声,得到系统输出端的噪声。

而噪声系数,就是这两个噪声值的比值。

这两种定义,其实是等价的。

噪声系数,通常以dB值来表示。

为什么要用噪声系数?

噪声系数这一指标,只有在输入是小信号的时候,才会被考量到。

通过噪声系数,可以计算出接收机的灵敏度,即接收机能接收到的最小信号。

SNRout一般根据基带解调门限获得,而Nin为-174dBm/Hz。

需要注意的是,在灵敏度的计算中,并没有涉及到器件的增益。

也就是说,噪声系数有这样一个好处,可以让我们比较两个接收机的灵敏度好坏时,不需要知道接收机内部的具体结构。

就是说,甭管接收机里面是个什么架构,只要给出一个噪声系数,就可以评估灵敏度。

噪声系数小,那灵敏度就高;噪声系数大,那灵敏度就低。

怎么测试噪声系数呢?

一种呢,使用噪声仪。

使用噪声仪,是测量噪声系数最直接的方法,而且操作简单。在大多数情况下,它是最准确的。

噪声仪本质上也是基于Y因子法。

当然,使用噪声仪,也有一些不好的点。

比如说,频率范围没那么宽;当测量比较大的噪声(比如大于10dB)时,没那么准确;而且噪声仪很贵,关键是用途太单一,除了测噪声,也没法用作其他。

作为一个曾经的低噪放设计人员,你会发现,用频谱仪,你需要和别人协商,用矢网,你需要和别人协商,而噪声仪,大概率上是随到随用。

另一种呢,是使用频谱仪,即增益法。

增益法的本质,是基于噪声系数的定义。

对定义中的公式,稍稍做些改动,如下图所示。

如上图所示,如果要用增益法来测试噪声系数的话,需要先测试出待测件的增益。

这个很好实现,要么用矢网,要么用信号源+频谱仪。

然后,输入端加上50ohm的匹配负载,同时频谱仪要做如下设置:

将频谱仪的衰减器值设置为0dB,以减小频谱仪本身的噪声对待测件噪声的影响

把detector 设置为RMS detector

打开trace average

这种方法呢,频率范围可以很宽,只要频谱仪支持的频率范围,那就是噪声系数的可测试范围。

这种方法的主要限制,来源于频谱仪的底噪。

假设待测件的增益为20dB,噪声系数为6dB,那么输出的噪声,为-148dBm/Hz,这就要求频谱仪的底噪要足够的低。

所以,增益法,适合高增益,高噪声系数器件的测试。

还有一种,就是噪声源+频谱仪,基于Y因子法。

这里,我就不展开了,具体文献[3],官方文档,非常赞。

参考文献:

[1]https://www.keysight.com/blogs/tech/rfmw/2019/10/23/the-four-ws-of-noise-figure

[2]https://www.analog.com/en/technical-articles/noise-figure-measurement-methods-and-formulas--maxim-integrated.html

[3]https://scdn.rohde-schwarz.com/ur/pws/dl_downloads/dl_application/application_notes/1ma178/1MA178_5e_NoiseFigure.pdf

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