Handberechnung der Rauschzahl zur spektralen Dichte des Spannungsrauschens

Der HF-LNA von Interesse ist der PGA-105+ von Mini-Circuits. Aus nur der Verstärkungs- und Rauschzahl habe ich die spektrale Dichte des Spannungsrauschens berechnet, die am Verstärkereingang vorhanden wäre.

Wenn jemand meine Berechnungen überprüfen könnte, wäre das großartig. Mein Hauptanliegen ist meine Formel für die verfügbare Ausgangsrauschleistungs-Spektraldichte (Eingang bezogen) und die Tatsache, dass ich keine Bandbreite in meine Berechnungen einbeziehe, da ich nach der Spektraldichte suche.

Mein Schaltungsmodell des Verstärkers ist oben links dargestellt. Die Rauschspannungsquellen stammen aus der Quellenimpedanz und dem intrinsischen, eingangsbezogenen Spannungsrauschen, das am Eingangspin des Verstärkers zu sehen ist.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ein Verstärker mit einer Rauschzahl F (Leistungsverhältnis, nicht dB) entspricht einem rauschfreien Verstärker mit einer am Eingang hinzugefügten spektralen Rauschleistungsdichte von (F-1)kT. Eine Rauschzahl von 1,7 dB entspricht also F = 1,48, sodass die äquivalente PSD am Eingang 0,48 kT oder etwa -177 dBm/Hz beträgt
@ TonyStewartEE75 Dieser spezielle TI-App-Hinweis gilt für OP-Verstärker. Dies ist ein HF-Verstärker, daher kann ich diese Gleichungen größtenteils nicht verwenden.
@ Tesla23 Wie würde man die spektrale Leistungsdichte in die spektrale Dichte der Rauschspannung umwandeln? Bei einer angepassten Impedanz von 50 Ohm?

Antworten (1)

Ein Verstärker mit Verstärkung G und Rauschzahl F kann durch einen rauschfreien Verstärker mit Verstärkung dargestellt werden G und zusätzliche Leistungsspektraldichte des Eingangsrauschens N A

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Wo N A = ( F − 1 ) k T 0

Und F ist die Rauschzahl als Leistungsverhältnis: F = 10 F D B / 10

vereinbarungs, T 0 = 290 K siehe HP App-Hinweis p8

Sie können dies in eine Spannung von einer Impedanzquelle umwandeln Z 0 von

e N 2 ¯ = N A Z 0

Für Ihr Beispiel mit einer Rauschzahl von 1,7 dB in einem 50-Ohm-System: F = 1.48 , ist die PSD des äquivalenten zusätzlichen Rauschens N A ≈ − 177 D B M / H z was einer Effektivspannung von ca 0,31 N v / H z aus einer 50-Ohm-Quelle.

Seien Sie nur vorsichtig, da die Rauschzahl im Allgemeinen mit der Quellenimpedanz variiert, obwohl diese Darstellung für eine 50-Ohm-Quelle genau ist, wenn Sie die Quellenimpedanz ändern F Und N A wird sich wahrscheinlich ändern.

Ist es nicht -angeblich -177 dBm/ Hz und nicht Root-Hz?
Behoben, danke - @MaxW
Habe das Gerät auf einen Spektrumanalysator gestellt, das Rauschen war 3 mal so niedrig wie berechnet.
Wenn Sie sagen, dass die Rauschspannung um den Faktor 3 (etwa 10 dB) niedrig war, haben Sie entweder ein Gerät mit einer Rauschzahl von etwa 0,6 dB (wahrscheinlich unwahrscheinlich) oder es gibt ein Problem mit Ihrer Messung. Gerne engagieren, wenn Sie mehr Details posten. Wie genau misst du das Geräusch?
50-Ohm-abgeschlossener Eingang, um den spektralen Rauschdichtegrund des Spektrumanalysators zu erhalten, der Durchschnitt betrug 1,5 nV/rtHz. Dann eine 50-Ohm-Eingangslast auf einer Evaluierungsplatine des Geräts, Ausgang mit Spektrumanalysator verbunden, RBW 10Hz. Zeigte eine spektrale Dichte von ~3 nV/rtHz im Bereich von 10 MHz bis 100 MHz mit einem 1/f-ähnlichen Buckel von 50 kHz bis 10 MHz.
Das Rauschen eines 50-Ohm-Widerstands bei Raumtemperatur liegt bei etwa 0,9 nV/rtHz, die Einspeisung durch einen Verstärker mit 16 dB Verstärkung ergibt 5,6 nV/rtHz. Wenn Sie nicht mindestens dies messen, hat der Verstärker entweder nicht die Verstärkung, die Sie denken, oder es gibt ein Problem mit der Art und Weise, wie Sie das Rauschen messen.
Ich dachte dasselbe über den 50-Ohm-Widerstand, der mit der Verstärkung multipliziert wird. Beim Testen des Rauschspektrums habe ich jedoch die Verstärkung und Phase des Verstärkers getestet, und die Verstärkung war genau wie angegeben, sodass ich weiß, dass die Verstärkung in Ordnung ist. Warum werden dann die 50 Ohm nicht mit der Verstärkung multipliziert? Ich weiß es sicher nicht, aber als ich von meinen Testergebnissen aus rückwärts gerechnet habe, kam ich zu einem negativen Wert für das eingangsbezogene Rauschen des LNA. Was könnte an meinem Testaufbau falsch sein, um ein so niedriges Ausgangsrauschen zu haben?
Eine weitere interessante Sache ist, dass die Verstärkung des Verstärkers <0 dB unter 1 MHz beträgt, die spektrale Rauschdichte des Geräts jedoch unter 1 MHz 30-60 nV/rtHz betrug
Schwingt es? Es hat eine Verstärkung von bis zu mehreren GHz, wie weit oben können Sie auf Schwingungen prüfen? Welchen Spektrumanalysator verwendest du?
Es schwingt nicht, soweit ich das beurteilen kann. Das Gerät befindet sich auf einem Eval-Board und ist daher für den Test ziemlich optimal eingerichtet. Spektrumanalysator ist ein FSV3 von Rohde & Schwartz.
Handberechnung der Rauschzahl zur spektralen Dichte des Spannungsrauschens
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