噪聲系數(shù)，我們非常熟悉的一個(gè)參數(shù)

什么是噪聲系數(shù)？

說(shuō)到噪聲系數(shù)，有這樣兩種定義。

一種呢，即是輸入信噪比比上輸出信噪比。

物理意義就是，噪聲系數(shù)表征的是一個(gè)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)信噪比的惡化情況。

另一種呢，就是指實(shí)際輸出的噪聲與假設(shè)系統(tǒng)是無(wú)噪聲時(shí)的系統(tǒng)輸出噪聲。

有點(diǎn)拗口啊。

白話(huà)一點(diǎn)，就是說(shuō)，噪聲進(jìn)入系統(tǒng)，然后得到系統(tǒng)輸出端的噪聲。

然后假設(shè)系統(tǒng)是無(wú)噪聲，得到系統(tǒng)輸出端的噪聲。

而噪聲系數(shù)，就是這兩個(gè)噪聲值的比值。

這兩種定義，其實(shí)是等價(jià)的。

噪聲系數(shù)，通常以dB值來(lái)表示。

為什么要用噪聲系數(shù)？

噪聲系數(shù)這一指標(biāo)，只有在輸入是小信號(hào)的時(shí)候，才會(huì)被考量到。

通過(guò)噪聲系數(shù)，可以計(jì)算出接收機(jī)的靈敏度，即接收機(jī)能接收到的最小信號(hào)。

SNRout一般根據(jù)基帶解調(diào)門(mén)限獲得，而Nin為-174dBm/Hz。

需要注意的是，在靈敏度的計(jì)算中，并沒(méi)有涉及到器件的增益。

也就是說(shuō)，噪聲系數(shù)有這樣一個(gè)好處，可以讓我們比較兩個(gè)接收機(jī)的靈敏度好壞時(shí)，不需要知道接收機(jī)內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)。

就是說(shuō)，甭管接收機(jī)里面是個(gè)什么架構(gòu)，只要給出一個(gè)噪聲系數(shù)，就可以評(píng)估靈敏度。

噪聲系數(shù)小，那靈敏度就高；噪聲系數(shù)大，那靈敏度就低。

怎么測(cè)試噪聲系數(shù)呢？

一種呢，使用噪聲儀。

使用噪聲儀，是測(cè)量噪聲系數(shù)最直接的方法，而且操作簡(jiǎn)單。在大多數(shù)情況下，它是最準(zhǔn)確的。

噪聲儀本質(zhì)上也是基于Y因子法。

當(dāng)然，使用噪聲儀，也有一些不好的點(diǎn)。

比如說(shuō)，頻率范圍沒(méi)那么寬；當(dāng)測(cè)量比較大的噪聲(比如大于10dB)時(shí)，沒(méi)那么準(zhǔn)確；而且噪聲儀很貴，關(guān)鍵是用途太單一，除了測(cè)噪聲，也沒(méi)法用作其他。

作為一個(gè)曾經(jīng)的低噪放設(shè)計(jì)人員，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，用頻譜儀，你需要和別人協(xié)商，用矢網(wǎng)，你需要和別人協(xié)商，而噪聲儀，大概率上是隨到隨用。

另一種呢，是使用頻譜儀，即增益法。

增益法的本質(zhì)，是基于噪聲系數(shù)的定義。

對(duì)定義中的公式，稍稍做些改動(dòng)，如下圖所示。

如上圖所示，如果要用增益法來(lái)測(cè)試噪聲系數(shù)的話(huà)，需要先測(cè)試出待測(cè)件的增益。

這個(gè)很好實(shí)現(xiàn)，要么用矢網(wǎng)，要么用信號(hào)源+頻譜儀。

然后，輸入端加上50ohm的匹配負(fù)載，同時(shí)頻譜儀要做如下設(shè)置:

將頻譜儀的衰減器值設(shè)置為0dB，以減小頻譜儀本身的噪聲對(duì)待測(cè)件噪聲的影響

把detector 設(shè)置為RMS detector

打開(kāi)trace average

這種方法呢，頻率范圍可以很寬，只要頻譜儀支持的頻率范圍，那就是噪聲系數(shù)的可測(cè)試范圍。

這種方法的主要限制，來(lái)源于頻譜儀的底噪。

假設(shè)待測(cè)件的增益為20dB，噪聲系數(shù)為6dB，那么輸出的噪聲，為-148dBm/Hz，這就要求頻譜儀的底噪要足夠的低。

所以，增益法，適合高增益，高噪聲系數(shù)器件的測(cè)試。

還有一種，就是噪聲源+頻譜儀，基于Y因子法。

這里，我就不展開(kāi)了，具體文獻(xiàn)[3]，官方文檔，非常贊。

參考文獻(xiàn)：

[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