基带设计考虑因素

一般方法──噪声

噪声特性也可以由Thevenin等效和Z参数来模拟（见图4）。


图4 通用源、2端口和负载噪声模型

电源模型只是电源电阻的等效噪声电压es与一个无噪声电阻Rs的串联。为了算出等效噪声电压，从这个电源的噪声功率开始。噪声功率定义为电源电阻可以提供给匹配负载的功率。

ns=(es/2)2/Rs                (6)

噪声功率ns仅是电源电阻的热噪声。利用式(6)代入，计算以Rs表示的es。

  
      (7)

注意，如果电源电阻与输入电阻不匹配，那么提供给网络输入的实际噪声功率与ns不同。

Nin=es2Rin/(Rs+Rin)2          (8)

在2端口网络内，噪声电压ea代表由网络增加的噪声。如果网络的噪声指数是已知的，那么我们可以计算ea的值，根据其计算在网络输出端出现的噪声电压eload。


(9)

根据这个噪声电压，我们可以确定提供给负载的噪声功率。

Nout=(es2+ea2)a2Rin2RL/[(Rout+RL)  (Rs+Rin)]2                       (10)

不过，很多放大器是用噪声指数而不是输入噪声电压规定噪声特性的。用设定等于Rin的电源阻抗规定噪声指数（见图5）。


图5 噪声指数模型

在图5所示的这些条件下，噪声指数定义为输入信噪比除以输出信噪比。噪声指数为

F=(4kTRin+ea2)/4kTRin      (11)

通过公式（11）用噪声指数表示ea。


(12)

当电源阻抗不等于输入阻抗时，有效噪声指数将改变。那么，一般而言，有效噪声指数等于：

Feff=(4kTRs+ea2)/4kTRs      (13)

RF方法──噪声

这里，当级联的电源、负载和端口阻抗再次全都是相同的真实值(Ro)时，可以用简单的公式来级联组件。如果电源噪声功率是kT，那么公式（14）适用。

Nout=FGpkT
Nout(dBm)=F(dB)+Gp(dB)+kT(dBm)     (14)

图6是一个例子。电源噪声功率是3.98×10-21W/Hz或-174dBm/Hz。放大器的功率增益是14dB，其噪声指数是6dB。提供给负载的噪声功率等于-154dBm/Hz。


图6 50Ω放大器举例

RF方法的不足

这里，如果网络阻抗变得不等于Ro，那么这种方法会产生不准确的结果。图7显示了具不同端口阻抗值的同一个例子。


图7 通用放大器举例

电源功率和放大器功率增益没变。不过，提供给负载的实际噪声功率与-154dBm/Hz相去甚远。用公式(10)计算负载处的噪声功率。

Nout=-157.0dBm/Hz

这不到用公式(14)算出的噪声功率的一半。原因是，终端电阻相互不再全都相等。换句话说，放大器的有效噪声指数不是6dB。

Feff=8.65dB

注意，提供给负载的噪声功率可以用有效功率增益和噪声指数准确计算。为了进行这个计算，首先计算提供给网络输入的噪声功率。

Nin=-174.5dBm/Hz

加上这个有效功率增益和有效噪声指数。

Nout=-174.5dBm/Hz+8.9dB +
     8.65dB
    =-157.0dBm/Hz

分贝数相加的方法现在有效，因为使用的是有效功率增益和噪声指数。有效值与在50Ω测量系统中规定的值是不同的。

总结

用于计算电压、功率和噪声的传统RF方法对级联的50Ω放大器、滤波器和类似器件很管用。但是涉及例如高速运算放大器和模数转换器时，这些方法会产生完全不准确得结果。在这些情况下，必须使用真正的2端口分析方法，如本文建议的方法。