《射频通信电路》噪声
射频电路基础 第四章 噪声与小信号放大器
第四章 噪声与小信号放大器
另外， 还存在1/f噪声（其中f表示频率）， 或称为闪烁噪 声， 这是由处于基极-发射极PN结的基极少数载流子的表面复 合而引起的。 很明显， 当频率接近直流时， 闪烁噪声将急剧 增加。 在场效应管中， 存在由沟道电阻产生的热噪声、 1/f噪 声和耦合到栅极的沟道噪声， 它们也会被晶体管的增益所放 大。 在齐纳二极管和碰撞雪崩渡越时间二极管等器件中， 发 生电子雪崩时的反向击穿也会产生噪声。
第四章 噪声与小信号放大器
I
2 n
f2
SI ( f )df
SI
f2
df
SI( f2
f1)
f1
f1
或
U
2 n
f2 f1
SU
(
f
)df
SU
f2 df
f1
SU( f2
f1)
第四章 噪声与小信号放大器
(3) 等效噪声带宽。 在功率谱密度为Si（f）的噪声通过电 压传递函数 H（f）的线性时不变系统后， 输出噪声功率谱密
第四章 噪声与小信号放大器
图4.1.1 开路电阻上的电压
第四章 噪声与小信号放大器
电子管、 半导体二极管、 晶体管或场效应管中噪声的产 生机理各不相同。 例如，对于电子管， 这些机理包括阴极电 子发射的随机次数（又称为散粒噪声）、 真空中的随机电子 速率、 阴极表面的非均匀发射和阳极的二次发射。 类似地， 对于二极管， 电子和空穴的随机发射产生噪声。 在晶体管中， 还存在着分配噪声， 也就是离开发射极的载流子在基极和集 电极间所产生的波动。
第四章 噪声与小信号放大器
4.1.2 噪声特性
在讨论噪声的特性时, 以电阻的热噪声为例， 下面的三个 指标是最主要的。
射频通信电路：第五讲 低噪声放大器
场效应管等效电路
晶体管的放大特性主要由压控电流源 决定 放大器的输入阻抗由 决定，呈容性
放大器输出电阻由 和 决定，该值一般很大
放大器隔离度由 决定
极限工作频率受等效电路中的电容 = (
≈
分立低噪声放大器构成
电路组成：晶体管、偏置、输入匹配和输出负载四大部分
输入匹配网络
输出负载
偏置
晶体管 典型电路
把晶体管视为一个 双端口黑盒子，分 析其端口参数，适 用于特定频率、线 性参数,如S参数
应用不同的模型，分析设计低噪放的方法不同
低噪声放大器指标
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低噪声放大器指标分析
1.低功耗：移动通信的必然要求 低电源电压、低静态电流
2.工作频率：取决于晶体管的特征频率
fT
=
gm
低噪声放大器指标分析
F = 1+ (Vn + In RS )2
4kTRS B
对于高源阻抗， 是主要噪声源 对于低源阻抗， 是主要噪声源
系统最小噪声系数时，信号源阻抗满足：
2
R2 s ,opt
=
Vn
2
In
低噪声放大器指标分析
F = 1+ rbb' + 1 + gm RS ≈ 1+ rbb' + 1
高频等效电路--BJT
共射放大器原理图
V（BR）EBO ICBO ICEO
工作点Q由基极偏置VBEQ、集电极电源 VCC 负载电阻RL决定
iB(μA) 0
VCE（ V）
11
0
VBE
＋
iC 饱和区
临界饱和 线
截止区
击穿区 iB=iB5
如何消除射频嵌入式系统中的噪声和杂散信号
如何消除射频嵌入式系统中的噪声和杂散信号
在把射频芯片或模块集成到典型的嵌入式系统中时，设计人员必须面临的一项常见任务是追踪和消除噪声和杂散信号。
潜在的噪声来源包括：开关电源、来自系统其它部分的数字噪声、以及外部噪声来源。
在考虑噪声时，还应考虑射频电路产生的任何可能的干扰，这是避免干扰其它无线电设备及满足法规要求的一项重要考虑因素。
在本应用指南中，我们将介绍使用MDO4000 系列混合域示波器系列查找噪声来源的技术和技巧。
图1泰克MDO4000 系列混合域示波器和Microchip 射频测试电路板模块。
把射频通信功能集成到嵌入式系统中。
通信噪声的概念
通信噪声的概念通信噪声是指在信号传输过程中加入到信号中的外部噪声。
它可以由许多因素引起，包括电子设备内部的热噪声、外部电磁干扰、天线接收信号时的随机噪声等。
通信噪声会对信号的质量和可靠性产生负面影响，增加误码率，降低通信系统的性能。
通信噪声的本质是由于信息传输的过程中，不可避免地与外界相互作用。
这些相互作用可以将外界的噪声引入到信号中，导致信号的质量受到损害。
通信系统工程师需要了解通信噪声的特性，以便设计出能够降低噪声对信号的影响的系统。
通信噪声可以分为两类：有源噪声和无源噪声。
有源噪声是指引起噪声的源头具有能量，例如电子元件内部的热噪声。
无源噪声则是指由于环境或天线等引起的无来源的噪声，例如来自无线电或电视发射塔的电磁辐射。
在通信系统中，常见的噪声源包括热噪声、失配噪声和随机噪声。
热噪声是由于电子元件内部的热运动引起的，它的特点是其功率谱密度与频率成正比。
失配噪声是由于不匹配的电阻、电容或电感引起的，它的特点是频谱中包含离散的频率分量。
随机噪声则是由于环境的电磁辐射或其他随机事件引起的，它的特点是在频谱上分布广泛，没有特定的频率分量。
通信噪声可以通过采取一系列的措施来降低。
首先，可以通过增加信号功率的方法来抵消噪声的影响。
然而，这种方法并不总是可行的，因为它会增加系统的复杂性和功耗。
其次，可以通过选择性滤波的方法来抑制噪声。
滤波器可以通过选择适当的传递函数来阻止某些频率范围内的噪声，从而保留感兴趣的信号成分。
此外，还可以通过使用编码和差错纠正技术来提高信号的可靠性，使得接收端可以更好地恢复原始信号并减少由噪声引起的误码。
总的来说，通信噪声是影响通信系统性能的一个重要因素。
了解和处理通信噪声对于设计高性能的通信系统至关重要。
通过合理选择滤波器、增大信号功率、使用编码和差错纠正技术等方法，可以有效地降低噪声对信号的影响，提高通信系统的可靠性和质量。
电子科技大学通信射频电路 通信系统噪声和非线性特性 19-24
噪声功率
电子科技大学
Ｒ电阻两端产生的随机电压的均方根 值由普朗克黑体辐射定律给出：
Vn 4hfBR /(e hf / kT 1)
在Rayleigh－Jeans近似下：
Vn 4hfBR /(hf / kT 1) 4kTBR
在带宽Ｂ内，由Ｒ电阻 传输到匹配负载的噪声功率
2 P ( V / 2 R ) R kTB n n
Te ( F2 1) F 1 F1 To G p1
多级级连电路的等效噪声温度
Te 2 Te3 Te Te1 ...... Gp1 Gp1Gp 2
( F2 1) ( F3 1) F0 F1 ...... Gp1 Gp1Gp 2 级连电路前几级噪声系数对系统总噪声系数 贡献大,前级增益越大，后级噪声贡献越小!低噪高 放提高接收机灵敏度的理论依据。
等效噪声温度应用在低噪声接收系统 （卫星通信） , 其噪声系数小 ,F 趋于 1 ，使 用等效噪声温度其分辨率较高。
18
多网络级连电路噪声系数
电子科技大学
Pni Rs
T0
Gp1 B Te1
Pno1
Gp2 B Te2
Pno2 RL
第一级电路的输出噪声功率
Pno1 Gp1k (T0 Te1 ) B
20
多级级连电路的噪声系数
例１：
电子科技大学
两 级 级 连 电 路 ， F1=2dB, Gp1=12dB, NF2=6dB, Gp2=10dB,求总的噪声系数NF。
Gp1 NF1 Gp2 NF2
解： F1 1.59, F2 4
Gp1 15.9, Gp 2 10
F2 1 4 1 F F1 15.9 1.779 Gp1 15.9
降低射频电路串扰噪声的布线方法
降低射频电路串扰噪声的布线方法发表时间：2018-10-14T12:17:27.103Z 来源：《电力设备》2018年第19期作者：王长林[导读] 摘要：研究并解决了无障碍多层无网格射频电路的布线问题,主要包括三个部分：设计规则、串扰噪声限制和布线方法。
（天津广播器材有限公司天津 300210）摘要：研究并解决了无障碍多层无网格射频电路的布线问题,主要包括三个部分：设计规则、串扰噪声限制和布线方法。
首先通过设计规则计算连线参数，运用RLC模型估算串扰噪声，然后，按照需要连接的实节点个数进行归类并提出相应的布线算法。
实验结果表明，该布线方法可有效地降低射频电路的串扰噪声。
关键词：射频电路；串扰噪声；RLC模型；布线引言：射频电路设计中，芯片工作频率已经达到兆赫量级，连线串扰噪声的影响十分严重。
因此，如何在布线时尽可能地减少串扰噪声，成为射频电路设计时必须关注的重要问题[1]。
以前布线时使用的串扰噪声模型大多是基于RC模型，现已不能满足射频电路互连设计的要求。
在射频电路片上互连时必须要考虑电感的影响，需要使用RLC模型。
本文讨论的是无障碍射频电路的多层无网格的布线问题。
若给定了这些需要连接的节点位置，将这些节点依次连接起来，使得相邻互连线的并行部分长度较短而间距较宽，从而可以使串扰噪声的影响减少到最小。
这个问题的解决包含三个部分：设计规则、串扰噪声限制和布线方法。
我们使用的布线层模型是一个指定布线方向（水平或垂直）的双层模型。
使用交叉布线的水平布线层和垂直布线层可以极大地减少层间串扰噪声的影响。
我们称需要连接的点为“实节点”，两个或者两个以上需要互相连接的实节点为“一组实节点”；称连线上的转折点为“虚节点”，一个虚节点代表了一个连接水平布线层和垂直布线层的通孔。
因此，决定虚节点的位置成为布线算法的关键。
本文通过计算加入虚节点后的总体串扰噪声值，来决定虚节点的位置，同时尽量使布线长度为最短。
1、互连线模型互连线采用RLC模型[3]。
射频 噪声系数-概述说明以及解释
射频噪声系数-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述射频（Radio Frequency, RF）是指在射频频段内的无线电波信号。
射频技术广泛应用于无线通信、雷达、广播电视等领域，是现代通信技术的重要组成部分。
然而，在射频应用中，噪声是一个不可忽视的问题。
噪声是在电子设备和电路中产生的随机扰动信号，它会干扰和损害正常的信号传输和接收。
射频噪声系数是衡量射频器件、电路或系统中噪声功率与理想信号功率之比的重要参数。
它反映了射频器件或系统抗噪声的能力，也可以用来评估设备性能的优劣。
通过对射频噪声系数的研究和分析，可以帮助我们更好地了解噪声对射频系统性能的影响。
在射频系统设计和优化过程中，降低噪声系数是提高系统性能和信号质量的重要手段。
因此，深入理解射频噪声系数的概念和意义对于工程技术人员和研究人员具有重要的价值。
本文将首先介绍射频的定义和原理，包括射频频段的范围和特点。
接着，将详细解释噪声系数的概念和意义，包括其计算方法和常见的单位。
然后，将讨论射频噪声系数的影响因素，包括器件本身的噪声特性、温度、频率等因素对噪声系数的影响。
最后，将展望未来射频噪声系数的发展方向，包括新材料、新技术和新方法对噪声系数的改进。
通过本文的阐述，读者可以对射频噪声系数有一个全面和深入的了解，从而为射频系统的设计、优化和应用提供有力的支持。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式进行编写：文章结构部分旨在为读者提供对本文的整体框架和内容概览。
本文将分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将首先对射频噪声系数的概念进行简要介绍，并阐述本文旨在探讨射频噪声系数的定义、原理、概念和意义等方面的内容。
随后，将介绍本文的结构安排和各部分的内容要点，以便读者能够清楚地了解到整篇文章的逻辑结构。
正文部分将分为两个小节。
第一个小节将详细介绍射频的定义和原理，包括射频信号的频率范围、射频的基本特性以及射频作为通信领域中重要概念的作用等内容。
通信原理-----噪声
通信原理-----噪声噪声，从广义上讲是指通信系统中有用信号以外的有害干扰信号，习惯上把周期性的、规律的有害信号称为干扰，而把其他有害的信号称为噪声。
噪声可以笼统的称为随机的，不稳定的能量。
它分为加性噪声和乘性噪声，乘性噪声随着信号的存在而存在，当信号消失后，乘性噪声也随之消失。
在这里我们主要讨论加性噪声。
一、信道中加性噪声的来源，一般可以分为三方面：1 人为噪声人为噪声来源于无关的其它信号源，例如：外台信号、开关接触噪声、工业的点火辐射等，这些干扰一般可以消除，例如加强屏蔽、滤波和接地措施等2 自然噪声自然噪声是指自然界存在的各种电磁波源，例如：闪电、雷击、太阳黑子、大气中的电暴和各种宇宙噪声等，这些噪声所占的频谱X围很宽，并不像无线电干扰那样频率是固定的，所以这种噪声难以消除。
3 内部噪声内部噪声是系统设备本身产生的各种噪声，例如：电阻中自由电子的热运动和半导体中载流子的起伏变化等。
内部噪声是由无数个自由电子做不规则运动形成的，它的波形变化不规则，通常又称起伏噪声。
在数学上可以用随即过程来描述这种噪声，因此又称随机噪声。
随机噪声的分类常见的随机噪声可分为三类:〔1〕单频噪声单频噪声是一种连续波的干扰〔如外台信号〕，它可视为一个已调正弦波，但其幅度、频率或相位是事先不能预知的。
这种噪声的主要特点是占有极窄的频带，但在频率轴上的位置可以实测。
因此，单频噪声并不是在所有通信系统中都存在。
(2)脉冲噪声脉冲噪声是突发出现的幅度高而持续时间短的离散脉冲。
这种噪声的主要特点是其突发的脉冲幅度大，但持续时间短，且相邻突发脉冲之间往往有较长的安静时段。
从频谱上看，脉冲噪声通常有较宽的频谱〔从甚低频到高频〕，但频率越高，其频谱强度就越小。
脉冲噪声主要来自机电交换机和各种电气干扰，雷电干扰、电火花干扰、电力线感应等。
数据传输对脉冲噪声的容限取决于比特速率、调制解调方式以与对差错率的要求。
脉冲噪声由于具有较长的安静期，故对模拟话音信号的影响不大,脉冲噪声虽然对模拟话音信号的影响不大，但是在数字通信中，它的影响是不容忽视的。
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RL2
I2 n,D
gm2
不考虑 负载噪声
Vn2
I
2 n,D
g
2 m
（4）求等效输入噪声电流源
I
2 n
输入端开路
此时输出端的噪声均由
I
2 n
产生：
(In2
Zi
2 ) AV2
(I
2 n
Zi
2 )(gmRL )2
V2 n,o
则
I
2 n
V2 n,RL
I
2 n,
D
RL2
(gm RL )2 Zi 2
白噪声
2. 等效电路 串联—— 无噪电阻R串噪声电压源 Vn2
并联——无噪电阻R并噪声电流源
I
2 n
Vn2 4kTRB
I
2 n
4kT
1 R
B
（B为系统带宽）
3. 有噪电阻的串并联
4. 额定噪声功率 条件: 噪声源与系统匹配
NA
Vn2 4R
4k TRB 4R
k TB
特点
与噪声源电阻R大小无关 与噪声源温度有关
gmVi RL Vi
gm RL
（2）求放大器总输出噪声
V2 n,o
V2 n,RL
I2 n,D
RL2
（3）求等效输入噪声电压源 Vn2
输入端短路 此时输出噪声均由 Vn2 产生，则：
Vn2
பைடு நூலகம்
V2 n,o AV2
V2 n,RL
I
2 n,
D
RL2
(gmRL )2
V2 n,RL
g
2 m
I
2 n
输入端开路，将有噪网络的输出噪声功率等效到输入端的值
例2.2.1：如图所示，场效应管放大器的场效应管输出噪声电流为
I
2 n,D
负载电阻
RL
的热噪声是
V2 n,RL
。
求：该放大器对应的等效输入噪声源 Vn2 和
I
2 n
解：（1）首先求放大器的增益
放大器交流等效电路如图示，
放大器
电压增益
AV
V0 Vi
(SNR)o
4kTRS B
有噪网络的噪声系数一定大于1
噪声系数与网络内部噪声大小有关
网络的噪声系数与外部源噪声有关
与源噪声温度 T 有关 测量噪声系数时，规定标准噪声温度 T0=290k 与源内阻R 有关 噪声匹配 噪声系数最小 最佳源内阻
例2.3.1：图示的两端口网络只是一个电阻，求该网络的噪声系数。
V2 RS
V2 RS
AV2
AV2
V2 RS
其中
V2 n,out
AV
网络总输出噪声电压均方值 该网络的电压增益
该网络的电压增益为:
AV
R0 R0 RS
2.1 起伏噪声
起伏噪声的特点（以电阻热噪声为例）： 随机性、电流脉冲持续时间短、平均值为零
描述起伏噪声的几个重要概念：
（1）频谱 —— 极宽，几乎占据整个无线电频段
（2）功率谱密度 S ( f ) —— 单位：dBm/Hz
f2
频带 f f2 f1 内的功率： PV SV ( f )df
外输入噪声源
V2 RS
内部噪声源 Vn2
和
I
2 n
输入信噪比 (SRN )i 输出噪声功率
信号源 VS
输出信号功率
输出信噪比 (SRN )o
F
(SNR)i
V2 RS
(Vn InRS )2
1 (Vn InRS )2
(SNR)o
V2 RS
4kTRS B
对噪声系数的理解
F (SNR)i 1 (Vn InRS )2
0
等效噪声带宽定义
0
H ( f ) 2 df
BL
0
H 2( f0)
系统总输出噪声
Vn2 Si ( f ) H ( f ) 2 df SiH 2 ( f0 )BL
0
2.2 电路器件的噪声 2.2.1 电阻的热噪声及等效电路
有噪电阻
1. 功率谱密度
电流
SI
4kT
1 R
电压 SV SI R2 4kTR
df SI ( f2 f1)
（3）等效噪声带宽
f1
f1
输入功率谱密度 Si ( f )
噪声通过线性系统 系统传递函数 H( jf )
输出功率谱密度 So ( f )
So ( f ) Si ( f ) H( f ) 2
白噪声通过线性系统
Vn2 Si ( f ) H ( f ) 2 df Si H ( f ) 2 df
解: 根据公式
F
(SNR)i
V2 RS
(Vn InRS )2
1 (Vn InRS )2
VO
(SNR)o
V2 RS
4kTRS B
一个网络 的噪声系数又可以表示为
F
V2 RS
(Vn I n RS )2
V2 RS
(Vn I n RS )2
AV2
V2 n,out
NA B
2.2.2 双极型晶体管的噪声
1 . 基区电阻
r bb
`
热噪声
V2 n,rbb
—— 白噪声
2. 散粒噪声——功率谱密度 S I 2qI0
3. 噪声等效电路
I2 n,c
2qIc B
I2 n,b
2qIb B
V2 n,rbb
4kTrbbB
2.2.3 场效应管的噪声
1. 沟道电阻热噪声 —— S I 4kTgd 0
Vn2
和
I
2 n
是相关的
不考虑 负载噪声
I
2 n
I
2 n,D
g
2 m
Zi
2
2.3 噪声系数 2.3.1 噪声系数定义
(SNR)i
有噪 网络
(SNR)o
>1 F SNRi Pi / Ni SNRo Po / No
NF(dB) 10log F
2.3.2 噪声系数与等效输入噪声源的关系
信号源 VS
第二章 噪声与非线性失真
噪声——限制了系统所能处理的最低信号电平
非线性失真——限制了系统所能处理的最高电平 本章主要内容: 一.噪声 1. 起伏噪声的基本特性 2.电子器件内部噪声的来源及等效电路 3. 衡量系统噪声性能的指标——噪声系数与等效噪声温度
二. 非线性 1.非线性器件的描述方法 2.器件非线性对线性放大器的影响及衡量指标 3.非线性器件在频谱搬移中的应用
噪声电压均方值 Vn2
f1
电压功率谱密度 SV ( f )
噪声电流均方值
I
2 n
电流功率谱密度 SI ( f )
I
2 n
和
Vn2
代表单位电阻上的功率
f2
Vn2 SV ( f )df
f1
f2
I
2 n
SI ( f )df
f1
白噪声: S( f ) 是常数
f2
f2
I
2 n
SI ( f )d f SI
2. 噪声等效电路 In,D 4kTgd0 B
3. 闪烁噪声 ——
1 噪声
f
SV
K WLC OX
1 f
2.2.4 电抗元件的噪声
电抗元件的噪声来源于它的损耗电阻——热噪声
2.2.5 两端口网络的等效输入噪声源
串联噪声电压源 Vn2
并联噪声电流源
I
2 n
等效
求法：
Vn2
输入端短路，将有噪网络的输出噪声功率等效到输入端的值