O que é a figura de ruído - medição e formulação

A figura do ruído é uma medida da degradação da relação sinal-ruído e pode ser usada em associação com a sensibilidade do receptor de rádio e é um elemento essencial do projeto do circuito de RF de qualquer receptor de rádio.

A figura de ruído é um número pelo qual o desempenho de ruído de um receptor de rádio, amplificador, mixer ou outro bloco de circuito pode ser especificado. Quanto mais baixo for o valor da figura de ruído, melhor será o desempenho.

Essencialmente, a figura de ruído define a quantidade de ruído que um elemento adiciona ao sistema geral. Pode ser um pré-amplificador, mixer ou um receptor completo. Freqüentemente, a figura do ruído pode ser usada para definir o desempenho de um receptor e, dessa forma, pode ser usada no lugar da relação sinal-ruído.

Em vista de sua ampla aplicabilidade, a figura do ruído é um parâmetro particularmente importante para uma ampla variedade de sistemas de comunicações de rádio de sistemas de comunicações de rádio fixos ou móveis, sistemas de comunicações de rádio bidirecionais e sistemas de comunicações de rádio por satélite.

O número de ruído é um parâmetro frequentemente usado no projeto de circuito de RF de receptores de rádio para entender o desempenho do ruído de qualquer rádio em desenvolvimento, ou o desempenho de um que possa precisar ser selecionado para qualquer sistema, etc.Figura de ruído do receptor de rádio, conforme usado no projeto de circuito de RF e sistemas de comunicação de rádioMedidas de desempenho de ruídoHá muitas maneiras de especificar o desempenho de ruído de um receptor de rádio. A relação sinal / ruído é a mais óbvia e junto com ela existe um SINAD (Sinal para ruído e distorção). Existem outros métodos para observar o desempenho da sensibilidade, incluindo a taxa de erros de bits e assim por diante.

No entanto, é a figura do ruído que se torna um dos parâmetros mais importantes associados ao desempenho do receptor de rádio, porque t pode ser usado para o sistema como um todo, bem como para seus elementos.Usando a figura de ruído, os diferentes elementos podem ser analisados ​​e um valor geral calculado.

Tudo está associado ao nível de ruído introduzido. É uma triste realidade que o ruído esteja sempre presente em maior ou menor grau em qualquer circuito.

A maior parte do ruído, mas não todo, nos circuitos do receptor de rádio é o ruído térmico. É por esta razão que algumas aplicações especializadas, como a radioastronomia, onde níveis de ruído extremamente baixos são necessários para detectar sinais de minuto, os circuitos de entrada podem ser resfriados a temperaturas muito baixas para reduzir o ruído térmico.

Embora o ruído térmico seja a principal fonte de ruído, também existem outros mecanismos que criam ruído e devem ser considerados ao realizar o projeto do circuito de RF para garantir que as configurações do circuito, componentes eletrônicos e técnicas possam ser escolhidos para minimizar o ruído geral.

Leia mais sobre Ruído Elétrico / Eletrônico e RF.

Fator de ruído e conceitos básicos de figura de ruídoEssencialmente, a medição avalia a quantidade de ruído que cada parte do sistema ou o sistema como um todo introduz. Pode ser o receptor de rádio ou um amplificador de RF, por exemplo. Se o sistema fosse perfeito, nenhum ruído seria adicionado ao sinal quando ele passasse pelo sistema e a relação sinal / ruído seria a mesma na saída e na entrada.

Como todos sabemos, este não é o caso e algum ruído é sempre adicionado. Isso significa que a relação sinal-ruído ou SNR na saída é pior do que a relação sinal-ruído na entrada. Na verdade, a figura do ruído é simplesmente a comparação do SNR na entrada e na saída do circuito.

Existem duas figuras básicas que podem ser usadas:

Fator de ruído: O fator de ruído pode ser derivado simplesmente tomando o SNR na entrada e dividindo-o pelo SNR na saída. Como o SNR na saída será sempre pior, ou seja, menor, isso significa que o fator de ruído é sempre maior que um. O fator de ruído raramente é visto nas especificações.Figura de ruído: figura de ruído é o parâmetro que é amplamente visto nas especificações e em uso ao definir receptores de rádio e os elementos dentro dos sistemas de receptor. A figura de ruído usa uma escala logarítmica e é simplesmente o fator de ruído expresso em decibéis.Conceito básico de relação sinal-ruídoDefinições básicas para relação sinal-ruídoFórmula de ruído e cálculoUsando o diagrama acima, é possível determinar a fórmula da figura do ruído a partir das condições descritas acima.

Por exemplo, se a relação sinal-ruído na entrada fosse 4: 1 e fosse 3: 1 na saída, isso daria um fator de ruído de 4/3 e um valor de ruído de 10 log (4/3) ou 1.25 dB. Alternativamente, se as relações sinal-ruído são expressas em decibéis, então é muito fácil calcular a figura do ruído simplesmente subtraindo um do outro, porque dois números são divididos subtraindo seus logaritmos. Em outras palavras, se a relação sinal-ruído fosse de 13 dB na entrada e apenas 11 dB na saída, então o circuito teria uma figura de ruído de 13-11 ou 2 dB.Figura de ruído para estágios em cascataEm qualquer projeto de circuito de RF, é provável que vários estágios sejam conectados juntos - um receptor de rádio típico terá a sintonia de entrada, um amplificador de RF, possivelmente um atenuador de RF, um mixer de RF e assim por diante.

Tome por exemplo um projeto de circuito RF para dois estágios: a própria entrada terá ruído igual a kTB e isso será amplificado pelos ganhos, G1 e G2 para ambos os estágios. Haverá o ruído do primeiro estágio e este será amplificado no segundo estágio, e por último haverá o ruído do segundo estágio. As potências de ruído podem ser adicionadas porque não estão correlacionadas.

No entanto, muitas vezes é necessário, como parte do processo de design de RF, calcular o efeito do desempenho do ruído de diferentes estágios na figura geral do ruído.

A fórmula de figura de ruído para estágios em série ou em cascata mostra que o estágio que tem o efeito principal na figura de ruído para todo o projeto do circuito de RF é o primeiro estágio. A contribuição de ruído deste estágio é amplificada pelos estágios subsequentes e, como resultado, os estágios subsequentes contribuem menos para o ruído à medida que os níveis de sinal são maiores.

Os analisadores de ruído fornecem um método muito rápido e fácil de determinar o ruído de um item e, além disso, também são precisos, o que os torna a solução ideal, caso estejam disponíveis.

As medições são muito fáceis, exigindo que a entrada e também a saída do circuito em teste sejam conectadas ao medidor de figura de ruído. O instrumento de teste é configurado, o teste é iniciado e os resultados são fornecidos. Teste muito simples, mas preciso.

Medição de figura de ruído do analisador de espectro: É relativamente fácil fazer medições de figura de ruído usando um analisador de espectro. Alguns desses instrumentos de teste têm rotinas integradas para permitir que façam medições de figuras de ruído.
Existem dois métodos principais que podem ser usados ​​para medir a figura do ruído, sendo que ambos podem usar um analisador de espectro. Eles são chamados de método de ganho e método Y.Exemplos de figuras de ruídoAs especificações dos diferentes equipamentos usados ​​para diferentes tipos de sistemas de comunicação de rádio variam amplamente.

Um receptor de rádio HF profissional ou amador típico pode ter uma figura de ruído de 15 dB ou mais e funcionar de forma bastante satisfatória. Um melhor nível de desempenho não é necessário devido ao alto nível de ruído atmosférico. Em baixas frequências, o ruído atmosférico pode ser muito alto e, mesmo em frequências de cerca de 30 MHz, onde o espectro está na fronteira com VHF, os níveis de interferência ainda podem ser altos o suficiente para não garantir níveis muito altos de desempenho de ruído.

No entanto, o receptor usado para aplicações de banda estreita em VHF ou superior pode ter uma figura de ruído de 3 ou 4 dB. Alguns amplificadores de RF de banda estreita costumam ter uma figura de ruído de cerca de 1 dB. No entanto, é interessante notar que mesmo os melhores receptores UHF VHF de banda larga profissionais podem ter apenas uma figura de ruído de cerca de 8 dB. Esses receptores de rádio podem ser usados ​​para monitoramento de espectro ou para várias formas de comunicação ou recepção de rádio.

Níveis particularmente altos de desempenho são necessários para aplicações como radioastronomia em frequências que se estendem até a porção UHF do espectro e além.

A figura do ruído é um parâmetro muito conveniente de usar, pois é capaz de fornecer informações sobre o desempenho do ruído de uma variedade de elementos diferentes dentro de um sistema. O uso da figura de ruído também permite que o desempenho geral de um sistema seja calculado a partir do conhecimento da figura de ruído de cada elemento e dos níveis de ganho. Isso significa que a figura de ruído do sistema pode ser facilmente calculada e otimizada. Freqüentemente, os equipamentos de comunicação de rádio usados ​​para aplicações profissionais ou de radioamadorismo terão os valores de ruído citados como parte de suas especificações gerais.

Deixe um recado 

Lista de mensagens