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RFMW 202: Noise Figure Basics
Technical data is subject to change. Copyright@2004 Agilent Technologies Printed on Jan, 2004 5988-8495ENA
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RFMW 202: Noise Figure Basics
Welcome to RFMW 202, the module on the basics of noise figure. This module will take you about 60 minutes for you to complete. If you have not already done so, we recommend that you study the modules RFMW 101 and MEAS 102 before this one.
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Fundamental Noise Concepts
Fundamental noise concepts
How do we make measurements?
What DUTs can we measure?
What influences the measurement uncertainty?
In this module we will first look at the concepts of noise (why is it important), then on to how to make measurements and we will conclude with some detailed information on measurement uncertainty and tools. Let’s now go straight into concepts of noise.
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What is Noise Figure?
Small Signal
Imperfect Amplifier Agitation of Electrons adds noise to the signal Signal larger But Noisier
Noise is undesired information that gets added to any signal – this has the effect of distorting or obscuring our signal. All devices add noise. Let’s consider the example of an amplifier. In this example, a perfect amplifier would add no noise, and the signal would be an amplified replica. However, in practice, noise is present, and can mask the wanted signal. The noise floor, as seen in a given bandwidth, limits the detection of weak signals. All electronic systems are subject to noise. Receiver systems have to process very weak signals and any noise added by the system will obscure these weak signals.
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Causes of Noise
EMC Noise Power supply Noise Phase Noise DUT Noise
V+
DUT We will derive a figure of merit for this
Noise comes from a variety of sources. It can be picked up from the emissions of nearby electrical equipment, or from the phase noise of downconverting synthesizers. Noise can even come from the power supplies of active components in the receiver. In this presentation we will NOT be considering these types of noise although they are very important to understand and control. Instead, we will concentrate the type of noise caused by ordinary phenomena in active electrical circuitry caused by random fluctuations in charge carriers caused by thermal, shot and flicker noise. We will define a figure of merit called Noise figure which a unique way of characterizing systems and also the components within systems. When you know the noise figure of the system, you can easily calculate the system sensitivity from the system bandwidth.
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Noise Contributors
Thermal Noise: (otherwise known as Johnson noise) is the kinetic energy of a body of particles as a result of its finite temperature Ptherm=kTB Shot Noise: caused by the quantized and random nature of current flow Flicker Noise: (or 1/f noise) is a low frequency phenomenon where the noise power follows a 1/fα characteristic
Thermal noise is a function of the kinetic energy of a body of particles. The noise power available is equal to kTB and is the maximum rate at which energy can be removed from the body. Boltzmann’s constant is defined as the average energy per particle that can be coupled out by electrical means per degree of temperature. The power is related to temperature and that makes intuitive sense. Thermal noise is evenly distributed across the frequency spectrum (1% variation up to 100GHz) and therefore B specifies how much of the spectrum power is available. Shot noise occurs in active devices and is caused by the randomness of current flow. Shot noise is flat with frequency and a function of the current level. Flicker noise is a function of frequency and is a low frequency phenomenon. The value of alpha is close to unity.
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Noise Power at Standard Temperature k = 1.38 x 10-23 joule / k T = Temperature (K) B = Bandwidth (Hz)
R+jX
R -jX L L
Available Noise Power,
Pav = kTB
At 290K Pav = 4 x 10 -21 W/Hz = -174dBm / Hz In deep space kT = -198dBm/Hz
Here is a schematic representation of a noise source. Noise follows the normal power transfer laws. kTB is termed the available noise power. A conjugate match is needed for an optimum noise power transfer from the source to the load. This gives us the figure of -174dBm / Hz as the universal noise floor at standard temperature. Note that defining noise threshold at -174dB/Hz in space applications is not applicable because 290K is not the ambient temperature in deep space! In deep space the ambient temperature is around 4K and satellite earth station receivers the temperature 30K Noise power is not a function of the size (or resistance) of the body. Imagine if you connected a large body to a smaller one. If the larger one produced more power then there would be a net flow of energy to the smaller body and this does not happen!
.
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What is Noise Figure ?
Noise Out Noise in
Measurement bandwidth=25MHz
a) C/N at amplifier input
b) C/N at amplifier output
Nin Nout
What is noise figure? Simply stated, it is the ratio of the noise coming out of a device and the noise going in. It specified the amount of noise added to the signal by the device. Here is an example of an amplifier connected to an antenna. Let us assume that the antenna and amplifier are perfectly matched. Let’s also assume that the measurement bandwidth is 25MHz - so add 74 to -174dBm. The noise at the input of the amplifier will be kTB which in log terms is -100dBm. The signal being picked up the input is -60dBm. The carrier to noise ratio at the input is 40dB. If the amplifier was perfect it would amplify the gain and noise by equal amounts and maintain the same C/N at the output. In reality the amplifier will add some gain of its own. It this example the gain of the amplifier is 20dB so the signal has risen from -60dBm to -40dBm. The noise however has risen by 30dB rather than 20dB. The C/N has dropped to 30dB because the amplifier has added 10dB noise of its own. Friis in 1944 defined noise figure as the ratio of signal to noise at the input to signal to noise at the output. I.e. 40dB minus 30dB. We can say the noise figure is 10dB.
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Definition of Noise Figure by equation - Friis 1944
Na Nin Nout = Na + Nin Ga Rs Ga
Noise Figure NF (dB)
Si / Nin 10 log So / Nout 10 log
Na + Nin .Ga Nin . Ga
Nin = kToB where To = 290K Noise figure = 10 . Log (noise factor)
Lets look at what I’ve discussed algebraically and define some equations. Here is an amplifier with a noise generator connected to the input. The output noise consists of the input noise multiplied by the gain (that’s all of the input noise as the system is perfectly matched) added with a component of noise generated within the device under test. Remember a couple of slides back we defined noise in terms of signal to noise ratio. Here is the equation again. We can substitute So for G. Si - all the signal components cancel out and we are left with this equation Some people use the convention of defining noise factor as a pure ratio and noise figure as the same ratio logged i.e. noise figure is 10log(noise factor). In practice everyone uses the term noise figure and if it is expressed in dB then it has been logged
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Precise definition of Noise Figure IEEE definition: Noise Factor, at a specified input frequency, is defined as the ratio of (1) the total noise power per unit bandwidth available at the output port when the noise temperature of the input termination is standard (290K) to (2) that portion of (1) engendered at the input frequency by the input termination K.To.B
Na + Nin .Ga Nin . Ga
*** Assumes noise source and DUT are conjugately matched ***
F=
Here is the IEEE definition of the noise which unless you read it very carefully may hide a couple of very important points about noise figure. First of all just read it. What ‘the noise engendered by the input termination’ means is that the definition assumes all the available power from the noise source passes through the DUT. This will only happen when the DUT is the conjugate match of the noise source. Agilent’s noise sources are matched to 50Ohm so if you are attempting to measure a device with a poor VSWR then you will be introducing measurement uncertainties. The other really important point to stress here is that noise figure is defined as a figure of merit when the input noise to the device is standard thermal noise i.e. -174dBm/ Hz.
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Two examples of Noise Figure
Example 1: In a receiver, the LNA is connected to an antenna which points to earth’s atmosphere (290K) and the LNA has 3dB NF and 10dB gain. Noise power at LNA output is: -174+10+3=-161dBm/Hz Example 2: In a transmitter the modulator noise floor is -140dBm/Hz. The modulator output is amplifier by a linear amp with 3dB NF and 10dB gain. Noise power at amplifier output is: -140+10+3=-127dBm/Hz
-140dBm corresponds to a noise source with a temperature 700 million K, i.e. DUT input is not Standard Temperature and Example 2 is wrong
Just to emphasize this point, noise figure only represents the noise added to the input noise referred to the DUT output when the noise into the device is thermal noise at the standard temperature. So the first example here is correct. In the second example, the noise going into the device is much higher and therefore the noise figure of the amplifier cannot be added to the noise out of the DUT from the modulator. In reality if the noise of the amplifier is only 3dB then it will add practically no noise to that generated by the modulator.
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An Alternative Way to Describe Noise Figure: Effective Input Noise Temperature
Nin
Nout = Na + kTB Ga
Rs
Output Power
Ga , Na
Slope=kBGa
c isti ter c ara
is No
C ree eF
h
Na -Te Te Source Temperature (K)
Let’s now plot the output noise power as a function of the temperature of the noise source. In the equation for Nout I have substituted Nin for kTB where T now varies from absolute zero upwards. It’s a linear curve as we are dealing with very low power levels so all devices are operating in their linear regions. Actually the line is a very standard ‘y=mx+C’. M is the gradient in this case kBGa and c is the point at which the curve intersects the y axis. C is equal to Na. What you can say at T=0 is that no power at the device output comes from the noise source. All the output power at this point is generated within the DUT. This gives us another figure of merit for describing the noise performance of active devices. If you look at the graph I have drawn the characteristic of a noise free device. If you transpose the added noise Na through this line on to the x axis you arrive at Te, the effective input noise temperature. When you multiply Te by the gain bandwidth product of the device you get the amount of noise added. It’s a useful figure of merit because it is independent of the device gain (unlike Na).
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Effective Noise Temperature relation to NF
Na + kToBG F= kToBG = Therefore Te = (F-1) . To Na Assume Na = 0 Ts Te kGBTe + kGBTo kBGTo = Te + To To
Ts
Gain G
Gain G
What is Te if the NF is 3dB?
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Te or NF: which should I use?
Use either - they are completely interchangeable typically NF for terrestrial and Te for space NF referenced to 290K - not appropriate in space If Te used in terrestrial systems and the temperatures can be large (10dB=2610K) Te is easier to characterize graphically
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Friis Cascade Formula
Ga1
Ga2
F1 F2-1 Ga1
F2
Σ FN+1 = Σ Fn + Fn+1 - 1 ΣGN
F12 = F1 +
Where Σ Fn is cumulative NF up to nth stage and Σ FN+1 is cumulative NF up to (n+1)th stage
Noise figure can be used for much more than just characterizing a single stage. If you know the noise figure and gain of each stage you can calculate the noise figure of a cascade of devices. This equation is known as the cascade formula or Friis formula. F12 is the noise figure of the 2 stage system. G1 is the gain of the first stage, F1 is the NF of the first stage and F2 is the NF of the second stage. The formula clearly shows why you must put your best noise figure devices at the front of the chain. Also the higher the gain of the first stage, the less the noise figure contribution from subsequent stages.
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Receiver Modelling using Excel
stage 1 stage 2 stage 3 stage 4 TOTAL NF AMP1 2.00 14.00 2.00 14.00 AMP1 2.00 9.00 AMP2 4.00 16.00 2.00 9.00 AMP2 4.00 16.00 2.16 30.00 AMP3 5.00 20.00 2.49 25.00 AMP3 5.00 20.00 2.17 50.00 AMP4 10.00 30.00 2.51 45.00 AMP4 10.00 30.00 2.17
1
NF gain cummulative NF cummulative gain
1 2
2 3 4
NF gain cummulative NF cummulative gain
stage 1
stage 2
stage 3
stage 4
TOTAL NF 2.51
NF gain cummulative NF cummulative gain
AMP1 4.00 16.00 4.00 16.00 LOSS1 4.00 -4.00 4.00 -4.00
AMP2 2.00 14.00 4.03 30.00 AMP1 2.00 14.00 6.00 10.00
AMP3 5.00 20.00 4.03 50.00 AMP2 4.00 16.00 6.16 26.00
AMP4 10.00 30.00 4.03
NF gain cummulative NF cummulative gain
AMP3 5.00 20.00 6.17
10*LOG((10^(F22/10))+(10^(G20/10)-1)/10^(F23/10))
Here is an example of how useful the cascade formula is in the estimation of receiver sensitivity. I’ve used EXCEL to illustrate the example as EXCEL is a very simple and powerful way of performing linear calculations. Both examples have four system components. In the first one I have my low noise amplifier at the front followed by a linear gain block followed by 2 further gain stages. My best noise figure device is placed first as it will dominate the noise figure performance of the system. You can see that the overall noise figure performance is little more than the noise figure of the first stage. The second example is identical, except for the fact that the LNA has lower gain. This mean that the noise contribution of the following stages is more noticeable. The point to make here is that the noise figure of a device is important - but so is its gain. In the third one I have swapped the first two amplifiers around and you can see the difference his has made to the overall noise figure - although the cumulative gain is the same the noise figure is dominated by the first - and now poorer - noise figure performance. The last example is similar to the very fist one except that now4 dB of loss have been introduced. This is common in receiver systems and could represent the cabling between an antenna and the LNA or a front end duplexer. The noise figure of a passive lossy device is equal to its loss. Overall you just add front end losses to the system noise figure to get the overall noise figure The noise figure of a passive device can be seen to be same the magnitude of the insertion gain. For example, a 6dB attenuator will have a noise figure of +6dB, but an insertion gain of -6dB. This can also be seen from standard calculation as well. As an example : if Noise Factor = N out / Gain x N in, and if Noise_out = Noise_in for this case, and Gain = 1/4 then Noise Factor is 4 and the noise figure is the log of this at + 6dB I’ve shown the cascade equation in slightly modified form. This is what you would type into excel. Fn is the cumulative noise figure up to the nth stage and sigma Ga1 is the cumlative gain.
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Why do we measure Noise Figure? Example...
Transmitter: ERP Path Losses Rx Ant. Gain Power to Rx Receiver: Noise Floor@290K Noise in 100 MHz BW Receiver NF Rx Sensitivity -174 dBm/Hz +80 dB +5 dB -89 dBm + 55 dBm -200 dB 60 dB -85 dBm
ERP = +55 dBm
Pat
C/N= 4 dB
:sses h Lo
200
dB
Choices to increase Margin by 3dB 1. Double transmitter power 2. Increase gain of antennas by 3dB 3. Lower the receiver noise figure by 3dB
Receiver NF: 5dB Bandwidth: 100MHz Antenna Gain: +60dB
Power to Antenna: +40dBm Frequency: 12GHz Antenna Gain: +15dB
Here is an example of why we need to know the noise figure of a device. In this example, we have a satellite that transmits with an effective radiated power of +55dBm, and is transmitted through a path loss, of +200dB, to a receive antenna with gain of 60dB. The signal power to the receiver is -85dBm. The receiver sensitivity is calculated here using kTB is at -174dBm /Hz and the noise power in a 100 MHz bandwidth you add 80dB. The noise figure of the complete receiver is +5dB. So the receiver noise floor is at -89dBm. S we currently have a 4dB carrier to noise ratio in our 100MHz channel. If we wanted to double the link margin to get improved receiver reliability, then we could double the transmitter power. This would cost millions of dollars in terms of increased payload and /or higher rated, more expensive components and more challenging engineering issues. Another way is to increase the gain of the receiver. This would cost millions in terms of size and mechanical engineering, and the debates over local environmental issues and planning permissions. While lowering the Noise Figure of the front end would be a fraction of this, and is the more attractive economically. Noise figure is a $$$ figure.
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What Noise Figure is Not…
Not a figure of merit for different modulation techniques use BER instead Not a quality factor for one port networks e.g. synthesizers, power supplies Not a useful quality factor for high power stages use transmitter tester
We have discussed what noise figure is. It is maybe usefully to briefly describe what noise figure is not. It does not give any indication of the efficiency of the modulation scheme chosen. In digital receivers this is done by BER. BER and noise figure have a nonlinear relationship where as you gradually decrease the signal to noise ratio you will suddenly see a rise in BER as 1’s and 0’s become confused. Noise figure is a two port figure of merit. It does not describe one port networks such as terminations or oscillators. Oscillators do generate noise and will affect the sensitivity of receivers but noise figure is not a means of measuring oscillator quality. Here phase noise measurements would be more appropriate. High power stages imply nonlinearity and noise figure is a function of strictly linear systems. Also high power stages implies high levels of input noise, so the added noise of the of the high power stage is likely to be very small - remember noise figure is defined where the input power has an effective temperature of 290K.
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Summary of Noise Fundamentals
The Origins of Noise Signal to Noise ratio Definition of Noise Figure Effective Noise Temperature Friis Cascade Formula Using Excel in Rx modeling System Sensitivity Calculation
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How do we make measurements?
Fundamental noise concepts
How do we make measurements?
What DUTs can we measure?
What influences the measurement uncertainty?
Now that we have seen the basic concepts of noise, let’ now look at how we make those measurements.
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环境噪音测量方法 一, 方法概要 本方法系使用符合我国国家标准(CNS 7129)1型噪音计(或称声度表)或国际标准或上述性能以上之噪音计,测量环境中噪音位准之方法. 二, 适用范围 本测量方法适用於一般环境及固定性噪音发生源或移动性扩音设施之噪音位准测量. 三, 干扰 (一) 气象条件,地形,地面情况:噪音之传播会受到气象条件,地形,地面情况等之影响,故测量噪音时需记录天气,测量点附近之风向,风速,温度,相对湿度等之气象条件及地形,地面情况. (二) 由风产生噪音的影响:噪音计之声音感应器直接受到强风时,因风切作用而产生杂音(称为风杂音),严重时无法测量正确值,故在室外测定时,可能会产生风杂音时需加装防风罩.但防风罩也有其可使用范围,如超过使用范围时,应停止测量. .四, 仪器及设备 1.测定器:符合我国国家标准(CNS 7129 C7143)1型之噪音计(以下简称噪音计)或国际电工协会标准Class 1噪音计或上述性能以上之噪音计;原则上以噪音计之听感修正回路A加权测定之. 2. 防风罩(W indscreen):为减少声音感应器测量时风造成之影响,因此必须加套防风罩,其材质一般是由多孔性聚乙烯制成,其可容许风速范围由材料,结构,大小而定. 五, 噪音计使用方法
听感修正回路或称频率加权(Frquency-weighting"A"):本测量方法原则上以听感修 正回路A加权测定之,惟测量时应注记现场测量时所使用之加权名称. 六, 结果处理 (一) 测量报告须列出下列各项: 1, 测量人员姓名,服务单位. 2, 测量日期,测量时间,动特性. 3, 气象状态(风向,风速,气温,大气压力,相对湿度及最近降雨日期). 4, 测量结果. 5, 适用之标准 6, 测量位置(测量点及其高度,声音感应器高度等)与音源相对位置及距离,附简图 及照片,周围之情况(周围之建筑物,地形,地貌,防音设施等,附简图). 7, 噪音发生源之种类与特徵. 8, 测量方法(噪音计(含声音校正器)厂牌,型号,序号,噪音计动特性,取样的时距与 次数及其校正纪录与检定,校正有效期限等). 9, 其他(特殊音源之特性及其随时间变化性,可能影响测量结果之因素等). 10, 测量 期间噪音原始数据应存档备查. 实验数据 XuHao Leq l5 L10 L50 L90 L95 SD LEA 84 69.6 74.7 71.5 69.5 68.4 68.1 1.6 94.4 85 66.8 78.9 69.7 64.2 63.6 63.5 3.8 91.6 Lmax Lmin E 测定时间日期 80.7 68.2 0 0h5m0s 14-07-02 87.7 63.3 0 0h5m0s 14-07-02
噪声系数的含义和测量方法 噪声系数的含义 噪声系数是用来描述一个系统中出现的过多的噪声量的品质因数。把噪声系数降低到最小的程度可以减小噪声对系统造成的影响。在日常生活中，我们可以看到噪声会降低电视画面的质量，也会使无线通信的话音质量 变差;在诸如雷达等的军用设备中，噪声会限制系统的有效作用范围;在数字通信系统中，噪声则会增加系统的误码率。电子设备的系统设计人员总是在尽最大努力使整个系统的信噪比(SNR)达到最优化的程度，为了达到这个目的，可以用把信号提高的办法，也可以用把噪声降低的办法。在像雷达这样的发射接受系统中，提高信噪比的一种方法是用更大的大功率放大器来提高发射信号的功率，或使用大口径天线。降低在发射机和接收机之间信号传输路径上对信号的衰耗也可以提高信噪比，但是信号在传输路径上的衰耗大都是由工作环境所决定的，系统设计人员控制不了这方面的因素。还可以通过降低由接收机产生的噪声—通常这都是由接收机前端的低噪声放大器(LNA)的质量决定的—来提高信噪比。与使用提高发射机功率的方法相比，降低接收机的噪声(以及让接受机的噪声系数的指标更好)的方法会更容易和便宜一些。 噪声系数的定义是很简单和直观的。一个电子系统的噪声因子(F)的定义是系统输入信号的信噪比除以系统输出信号的信噪比: F=(Si/Ni)/(So/No) Si=输入信号的功率 So=输出信号的功率 Ni=输入噪声功率 No=输出噪声功率 把噪声因子用分贝(dB)来表示就是噪声系数(NF)，NF=10*log(F)。 这个对噪声系数的定义对任何电子网络都是正确的，包括那些可以把在一个频率上的输
入信号变换为另外一个频率的信号再输出的电子网络，例如上变频器或下变频器。 为了更好地理解噪声系数的定义，我们来看看放大器的例子。放大器的输出信号的功率等于放大器输入信号的功率乘以放大器的增益，如果这个放大器是一个很理想的器件的话，其输出端口上噪声信号的功率也应该等于输入端口上噪声信号的功率乘以放大器的增益，结果是在放大器的输入端口和输出端口上信号的信噪比是相同的。然而，实际情况是任何放大器输出信号的噪声功率都比输入信号的噪声功率乘以放大器的增益所得到的结果大，也就是说放大器输出端口上的信噪比要比输入端口上的信噪比小，即噪声因子F要大于1，或者说噪声系数NF要大于0dB。 在测量并比较噪声系数的测量结果时，非常重要的是要注意我们在测量的过程中是假定测量系统能够在被测器件(DUT)的输入端口和输出端口上提供非常完美的50Ω的负载条件。可是在实际测量中，这样完美的条件永远不会存在。稍后我们会讨论如果测量系统不是很完美的50Ω系统会对噪声系数的测量精度造成怎样的影响。同时，我们也会看到各种校准和测量方法是怎么克服因为不是很完美的50Ω的源匹配而造成的测量误差的。 图1器件对信号的处理过程 另一种用来表达由一个放大器或系统引入的附加噪声的术语是有效输入温度(Te)。为了理解这个参数，我们需要先看一下无源负载所产生的噪声的量的表达方式—kTB，其中k 是玻尔兹曼常数，T是以开尔文为单位的负载的温度，B是系统带宽。因为在某个给定的带宽内，器件产生的噪声和温度是成正比的，所以，一个器件所产生的噪声的量可以表示为带
脉冲调制信号相位噪声测试方法 安捷伦科技有限公司技术指南 相位噪声参数是评估连续波信号频率短期稳定度的重要指标，相位噪声性能的好坏会对电子系统的整体性能有重要影响，例如雷达系统的作用距离，目标分辨率，数字通信系统的误码率等都和系统频率源的相位噪声有关。在雷达系统和TDMA系统中，发射的信号都为脉冲形式的突发信号，测试中需要在系统的工作状态下进行频率源性能测试，这就要求在脉冲调制状态下测试频率源输出信号的相位噪声。当信号被脉冲调制后，信号的功率谱特性会发生变化，图1为典型的脉冲调制信号的功率谱，频谱特性为按脉冲重复频率（PRF）为等间隔的离散频谱，频谱形状为sinx/x辛格函数包络，频谱包络的过零点位置为脉冲宽度的倒数（1/τ）。脉冲调制后信号的相位噪声的频域特性同样会发生变化。 图1：脉冲调制信号功率谱特性 连续波信号相位噪声反映在频谱上为偏离载波频率的噪声边带，通过单边带相位噪声指标（SSB phase noise）能对该参数进行定量描述。当信号被脉冲调制后，载波的相位噪声边带会和重复频率位置的频谱成份噪声边带发生混叠，整个噪声边带的功率分布还会受到脉冲调制信号功率谱的sinx/x辛格函数的影响。脉冲调制信号的频谱特性能决定了脉冲调制信号相位噪声测试时，最大测试频偏需范围需要小于脉冲重复频率一半，超过这个范围会受调制边带噪声的影响。 脉冲重复频率 连续波信号相位噪声频谱特性脉冲调制信号相位噪声频谱特性 图2：脉冲调制信号相位噪声频谱特性
连续波信号相位噪声时域特性 脉冲调制信号相位噪声时域特性 图3：脉冲调制信号相位噪声的时域特性 相对连续波形式点频信号相位噪声测试，脉冲调制形式的信号相位噪声测试需要测试仪表具备相应的能力来完成测试，针对脉冲调制信号相位噪声的测试要求，工程上可以采用鉴相法和频谱分析仪测试方法来测试脉冲调制信号的相位噪声。这两种方法测试原理不同，可以适应不同类型和脉冲参数的被测试频率源的测试要求。表格1给出这两种脉冲调制信号相位噪声测试方法的技术特点说明。 表1：脉冲调制信号相位噪声测试方法 脉冲相噪测试方法 测试方法说明 技术特点 典型的测试参数范围 鉴相法测试法 1：使用参考信号源和被测频率源进行鉴相处理，对鉴相器输出的相位误差电压进行频谱分析。 2：测试系统对脉冲形式 鉴相输出进行滤波，低 噪声放大和频谱分析， 得到相位噪声参数。 3：测试系统需要具备高 性能参考源，频率锁定， 同步脉冲调制等功能。 1：测试灵敏度高 2：相位噪声灵敏度受信号脉冲占空比影响。 3：最大测试频偏受脉冲重复频率的影响。最大频偏小于脉冲重复频率的一半。 占空比：2% 脉冲重复频率：50kHz 脉冲宽度：1us 测试频偏范围： 0.1Hz~脉冲重频/2 频谱仪测试法 1：使用频谱仪时间门功 能对脉冲调制信号进行 选时频谱测试。 2：频谱仪RBW>2/脉冲 宽度 3：频谱仪的时间门处理 功能，得到脉冲调制信 号脉内时间区域信号的 频谱，通过功率比值测 量得到相位噪声参数。1：测试方便 2：测试最小频偏受信号脉冲宽度影响。最小频偏需大于脉冲信号频谱主瓣宽度： （2/脉冲宽度）。 3：相位噪声测试灵敏度受频谱本振相噪和中频滤波器频 响影响。 脉冲宽度：1ms 最小测试频偏： 大于1kHz
噪声测定实验 一实验目的 1掌握AWA5610C声级计的工作原理及其使用方法 2掌握AWA6270A噪声频谱分析仪的工作原理及其使用方法 二实验内容 1使用AWA5610C声级计测量噪音 2使用AWA6270A噪声频谱分析仪测量噪音 三实验原理 1 AWA5610C声级计的工作原理 工作原理是被测的声压信号通过传声器转换成电压信号，然后经衰减器、放大器以及相应的计权网络、滤波器，或者输入记录仪器，或者经过均方根值检波器直接推动以分贝标定 的指示表头。 2 AWA6270A噪声频谱分析仪的工作原理 工作原理是输入信号经衰减器直接外加到混波器,可调变的本地振荡器经与CRT同步的扫瞄产生器产生随时间作线性变化的振荡频率,经混波器与输入信号混波降频后的中频信号(IF)再放大,滤波与检波传送到CRT的垂直方向板。 四实验设备仪器 （一）AWA5610C声级计 AWA5610C型积分声级计是一种袖珍式智能化噪声测量仪 器，可广泛应用于环境噪声的测量与自动监测，也可用于劳动保 护、工业卫生及各种机器、车辆、船舶、电器等工业噪声测量。 本仪器采用了先进的数字检波技术，具有可靠性高、稳定性好、 动态范围宽等优点。 主要技术性能： 驻极体测试电容传声器，灵敏度： 1.传声器：Φ1 2.7mm(1/2”） 约40mV/Pa，频率范围：20Hz～12.5kHz。 2.测量范围：35～130dBA(以2×10-5Pa为参考，下同） 3.频率范围：20Hz～12.5kHz 4.频率计权：A计权 5.时间计权：快（F），慢（S） 图1 AWA5610C声级计 6.检波器特性：真有效值、峰值因数 3 7.准确度：2型 8.测量时间：手控、10s、1min、5min、10min、20min、1h、4h、8h、24h。 9.显示：4位LCD，直接显示测量结果Lp、Leq、Lmax、Lmin、Linst、Tm及日历年、月、日、时、分、秒等。 10.储存：60组数据，包括年、月、日、时、分、设定时间、测量经历时间、最大声级， 最小声级、等效声级。 11.输出接口：RS—232C，可接至微型打印机或计算机。
噪声系数测量手册 Part 1. 噪声系数定义及测试方法 安捷伦科技：顾宏亮一.噪声系数定义 最常见的噪声系数定义是：输入信噪比/ 输出信噪比。它是衡量设备本身噪声品质的重要参数,它反映的是信号经过系统后信噪比恶化的程度。噪声系数是一个大于1的数，也就是说信号经过系统后信噪比是恶化了。噪声系数是射频电路的关键指标之一，它决定了接收机的灵敏度，影响着模拟通信系统的信噪比和数字通信系统的误码率。无线通信和卫星通信的快速发展对器件、子系统和系统的噪声性能要求越来越高。 输入信噪比SNR input=P i/N i 输出信噪比SNR output=P o/N o 噪声系数F =SNR input/SNR output通常用dB来表示NF= 10Log(F) 假设放大器是理想的线性网络，内部不产生任何噪声。那么对于该放大器来说,输出的功率Po以及输出的噪声No 分别等于Pi * Gain以及Ni*Gain。这样噪声系数=(Pi/Ni)/(Po/No)=1。但是现实中，任何放大器的噪声功率输出不仅仅有输入端噪声的放大输出，还有内部自身的噪声(Na)输出，下图为线性双端口网络的图示。 双端口网络噪声系数分析框图 Vs: 信号源电动势Rs: 信号源内阻
Ri: 双端口网络输入阻抗R L: 负载阻抗 Ni: 输入噪声功率Pi: 输入信号功率 No: 输出噪声功率Po: 输出信号功率 Vn: 该信号源内阻Rs的等效噪声电压Ro: 双端口网络输出阻抗 输出噪声功率: N o = N i * Gain + N a ; P o=P i * Gain 噪声系数= (P i * N o)/(N i* P o) = (N i * Gain + N a) /(N i * Gain)= 1 + Na/(N i * Gain) > 1 根据IEEE的噪声系数定义:The noise factor, at a specified input frequency, is defined as the ratio of (1) the total noise power per unit bandwidth available at the output port when noise temperature of the input termination is standard (290 K) to (2) that portion of (1) engendered at the input frequency by the input termination.” a.输入噪声被定义成负载在温度为290K下产生的噪声。 b.输入噪声功率为资用功率，也就是该负载(termination)能产生的最大功率。 c.假定了被测件和负载阻抗互为共轭关系. 如果被测件是放大器，并且噪声源阻抗为50ohm,那么假定了 该放大器的输入阻抗为50ohm。 综合上述的结论，我们可以这样理解噪声系数的定义:当输入噪声功率为290K温度下的负载所产生的最大功率情况下，输入信噪比和输出信噪比的比值。 资用功率指的是信号源能输出的最大功率,也可以称为额定功率。 信号源输出框图 只有当源的内阻和负载相等(复数互为共轭),源输出最大功率. P available= [V S/(R S+ R L)]2 * R L当R S= R L时候P available= V S2/(4*R S) 由此可见，资用功率是源的本身参数，它只和内阻以及电动势有关,和负载没有关系。
相位噪声基础及测试原理和方法 相位噪声指标对于当前的射频微波系统、移动通信系统、雷达系统等电子系统影响非常明显，将直接影响系统指标的优劣。该项指标对于系统的研发、设计均具有指导意义。相位噪声指标的测试手段很多，如何能够精准的测量该指标是射频微波领域的一项重要任务。随着当前接收机相位噪声指标越来越高，相应的测试技术和测试手段也有了很大的进步。同时，与相位噪声测试相关的其他测试需求也越来越多，如何准确的进行这些指标的测试也愈发重要。 1、引言 随着电子技术的发展，器件的噪声系数越来越低，放大器的动态范围也越来越大，增益也大有提高，使得电路系统的灵敏度和选择性以及线性度等主要技术指标都得到较好的解决。同时，随着技术的不断提高，对电路系统又提出了更高的要求，这就要求电路系统必须具有较低的相位噪声，在现代技术中，相位噪声已成为限制电路系统的主要因素。低相位噪声对于提高电路系统性能起到重要作用。 相位噪声好坏对通讯系统有很大影响，尤其现代通讯系统中状态很多，频道又很密集，并且不断的变换，所以对相位噪声的要求也愈来愈高。如果本振信号的相位噪声较差，会增加通信中的误码率，影响载频跟踪精度。相位噪声不好，不仅增加误码率、影响载频跟踪精度，还影响通信接收机信道内、外性能测量，相位噪声对邻近频道选择性有影响。如果要求接收机选择性越高，则相位噪声就必须更好，要求接收机灵敏度越高，相位噪声也必须更好。 总之，对于现代通信的各种接收机，相位噪声指标尤为重要，对于该指标的精准测试要求也越来越高，相应的技术手段要求也越来越高。 2、相位噪声基础 2.1、什么是相位噪声 相位噪声是振荡器在短时间内频率稳定度的度量参数。它来源于振荡器输出信号由噪声引起的相位、频率的变化。频率稳定度分为两个方面：长期稳定度和短期稳定度，其中，短期稳定度在时域内用艾伦方差来表示，在频域内用相位噪声来表示。 2.2、相位噪声的定义
噪声系数测量的三种方法 本文介绍了测量噪声系数的三种方法：增益法、Y系数法和噪声系数测试仪法。这三种方法的比较以表格的形式给出。 前言 在无线通信系统中，噪声系数(NF)或者相对应的噪声因数(F)定义了噪声性能和对接收机灵敏度的贡献。本篇应用笔记详细阐述这个重要的参数及其不同的测量方法。 噪声指数和噪声系数 噪声系数有时也指噪声因数(F)。两者简单的关系为： NF = 10 * log10 (F) 定义 噪声系数(噪声因数)包含了射频系统噪声性能的重要信息，标准的定义为： 从这个定义可以推导出很多常用的噪声系数（噪声因数）公式。 下表为典型的射频系统噪声系数： *HG=高增益模式，LG=低增益模式
噪声系数的测量方法随应用的不同而不同。从上表可看出，一些应用具有高增益和低噪声系数(低噪声放大器(LNA)在高增益模式下)，一些则具有低增益和高噪声系数(混频器和LNA在低增益模式下)，一些则具有非常高的增益和宽范围的噪声系数(接收机系统)。因此测量方法必须仔细选择。本文中将讨论噪声系数测试仪法和其他两个方法：增益法和Y系数法。 使用噪声系数测试仪 噪声系数测试/分析仪在图1种给出。 图1. 噪声系数测试仪，如Agilent公司的N8973A噪声系数分析仪，产生28VDC脉冲信号驱动噪声源 (HP346A/B)，该噪声源产生噪声驱动待测器件(DUT)。使用噪声系数分析仪测量待测器件的输出。由于分析仪已知噪声源的输入噪声和信噪比，DUT的噪声系数可以在内部计算和在屏幕上显示。对于某些应用(混频器和接收机)，可能需要本振(LO)信号，如图1所示。当然，测量之前必须在噪声系数测试仪中设置某些参数，如频率范围、应用(放大器/混频器)等。 使用噪声系数测试仪是测量噪声系数的最直接方法。在大多数情况下也是最准确地。工程师可在特定的频率范围内测量噪声系数，分析仪能够同时显示增益和噪声系数帮助测量。分析仪具有频率限制。例如，Agilent N8973A可工作频率为10MHz至3GHz。当测量很高的噪声系数时，例如噪声系数超过10dB，测量结果非常不准确。这种方法需要非常昂贵的设备。 增益法 前面提到，除了直接使用噪声系数测试仪外还可以采用其他方法测量噪声系数。这些方法需要更多测量和计算，但是在某种条件下，这些方法更加方便和准确。其中一个常用的方法叫做“增益法”，它是基于前面给出的噪声因数的定义：
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RFMW 202: Noise Figure Basics
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RFMW 202: Noise Figure Basics
Welcome to RFMW 202, the module on the basics of noise figure. This module will take you about 60 minutes for you to complete. If you have not already done so, we recommend that you study the modules RFMW 101 and MEAS 102 before this one.
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Fundamental Noise Concepts
Fundamental noise concepts
How do we make measurements?
What DUTs can we measure?
What influences the measurement uncertainty?
In this module we will first look at the concepts of noise (why is it important), then on to how to make measurements and we will conclude with some detailed information on measurement uncertainty and tools. Let’s now go straight into concepts of noise.
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LMK04000 系列产品的相位噪声性能测试 30082862 加权函数H(f)是低通闭环传递函数，其中包含了诸如电 荷泵增益、环路滤波器响应、VCO增益和反馈通路（ 数器等参数。该式表示了图1所示的每一级PLL AN-1910 30082801 图1 具有抖动清除能力的双PLL时钟合成器的架构 https://www.doczj.com/doc/0f17163166.html, ? 2009 National Semiconductor Corporation 300828
https://www.doczj.com/doc/0f17163166.html, 2 A N -1910 2.0 LMK04000系列产品介绍 图2示出了LMK04000精密时钟去抖产品系列的详细的框图。其PLL1的冗余的参考时钟输入（CLKin0，CLKin1），可以支持高达400 MHz 的频率。参考时钟信号可以是单端或者差分式的信号，为了实现操作中稳定性，还可以启用其中的自动开关模式。驱动OSCin 端口的VCXO 的最大容许频率为250 MHz 。OSCin 端口的信号被反馈到PLL2相位比较器上，而且也作为相位和频率基准注入到PLL2中。虽然在图中并未示出，其内部还是可以支持分立形式的、采用外接晶振的VCXO 。PLL2的相位比较器的基准信号输入端还提供了一 个可选用的频率倍增器，这可以使得相位比较的频率得以增加一倍，从而降低了PLL2的带内噪声。PLL2集成了一个内置的VCO ，以及可选的内置环路滤波器部件，这一部分可以提供PLL2环路滤波器的3阶和4阶极点。VCO 的输出带有缓冲，最终由Fout 引脚向外提供信号，该信号也可以经过一个VCO 分频器路由到内部的时钟分发总线上。时钟分发部分则对时钟信号进行缓冲，并将其分配给各个可以独立配置的通道。每个通道具有一个分频器、延迟模块和输出缓冲器。在时钟输出端，各信号格式的组合关系可以根据具体的器件编号来确定。 30082802 图2 LMK04000系列时钟电路的框图 下面的表格示出了LMK04000系列中目前已发布的器件。正如表1所示的那样，其中包含了2个VCO 频带以及 两种可配置的时钟输出格式。本报告中所测量的器件是LMK04031。 表1 LMK04000系列产品的器件编号、输出格式和VCO 频段 NSID 工艺2VPECL/LVPECL 输出 LVDS 输出 LVCMOS 输出 VCO 频率范围LMK04011BISQ BiCMOS 51430～1570 MHz LMK04031BISQ BiCMOS 22 2 1430～1570 MHz LMK04033BISQ BiCMOS 2 2 2 1840～2160 MHz
噪声系数的计算及测量方法 噪声系数(NF)是RF系统设计师常用的一个参数，它用于表征RF放大器、混频器等器件的噪声，并且被广泛用作无线电接收机设计的一个工具。许多优秀的通信和接收机设计教材都对噪声系数进行了详细的说明. 现在，RF应用中会用到许多宽带运算放大器和ADC，这些器件的噪声系数因而变得重要起来。讨论了确定运算放大器噪声系数的适用方法。我们不仅必须知道运算放大器的电压和电流噪声，而且应当知道确切的电路条件：闭环增益、增益设置电阻值、源电阻、带宽等。计算ADC的噪声系数则更具挑战性，大家很快就会明白此言不虚。 公式表示为：噪声系数NF=输入端信噪比/输出端信噪比，单位常用“dB”。 该系数并不是越大越好，它的值越大，说明在传输过程中掺入的噪声也就越大，反应了器件或者信道特性的不理想。 在放大器的噪声系数比较低的情况下，通常放大器的噪声系数用噪声温度(T)来表示。 噪声系数与噪声温度的关系为：T=(NF-1)T0 或NF=T/T0+1 其中：T0-绝对温度(290K) 噪声系数计算方法 研究噪声的目的在于如何减少它对信号的影响。因此，离开信号谈噪声是无意义的。 从噪声对信号影响的效果看，不在于噪声电平绝对值的大小，而在于信号功率与噪声功率的相对值，即信噪比，记为S/N(信号功率与噪声功率比)。即便噪声电平绝对值很高，但只要信噪比达到一定要求，噪声影响就可以忽略。否则即便噪声绝对电平低，由于信号电平更低，即信噪比低于1，则信号仍然会淹没在噪声中而无法辨别。因此信噪比是描述信号抗噪声质量的一个物理量。 1 噪声系数的定义 要描述放大系统的固有噪声的大小，就要用噪声系数，其定义为
摘要： 相位噪声指标对于当前的射频微波系统、移动通信系统、雷达系统等电子系统影响非常明显，将直接影响系统指标的优劣。该项指标对于系统的研发、设计均具有指导意义。相位噪声指标的测试手段很多，如何能够精准的测量该指标是射频微波领域的一项重要任务。随着当前接收机相位噪声指标越来越高，相应的测试技术和测试手段也有了很大的进步。同时，与相位噪声测试相关的其他测试需求也越来越多，如何准确的进行这些指标的测试也愈发重要。 1、引言 随着电子技术的发展，器件的噪声系数越来越低，放大器的动态范围也越来越大，增益也大有提高，使得电路系统的灵敏度和选择性以及线性度等主要技术指标都得到较好的解决。同时，随着技术的不断提高，对电路系统又提出了更高的要求，这就要求电路系统必须具有较低的相位噪声，在现代技术中，相位噪声已成为限制电路系统的主要因素。低相位噪声对于提高电路系统性能起到重要作用。 相位噪声好坏对通讯系统有很大影响，尤其现代通讯系统中状态很多，频道又很密集，并且不断的变换，所以对相位噪声的要求也愈来愈高。如果本振信号的相位噪声较差，会增加通信中的误码率，影响载频跟踪精度。相位噪声不好，不仅增加误码率、影响载频跟踪精度，还影响通信接收机信道内、外性能测量，相位噪声对邻近频道选择性有影响。如果要求接收机选择性越高，则相位噪声就必须更好，要求接收机灵敏度越高，相位噪声也必须更好。 总之，对于现代通信的各种接收机，相位噪声指标尤为重要，对于该指标的精准测试要求也越来越高，相应的技术手段要求也越来越高。 2、相位噪声基础 2.1、什么是相位噪声 相位噪声是振荡器在短时间内频率稳定度的度量参数。它来源于振荡器输出信号由噪声引起的相位、频率的变化。频率稳定度分为两个方面：长期稳定度和短期稳定度，其中，短期稳定度在时域内用艾伦方差来表示，在频域内用相位噪声来表示。 2.2、相位噪声的定义 以载波的幅度为参考，在偏移一定的频率下的单边带相对噪声功率。这个数值是指在1Hz的带宽下的相对噪声电平，其单位为dBc/Hz。该定义最早是基于频谱仪法测试相位噪声，不区分调幅噪声和调相噪声。 单边带相位噪声L(f)定义为随机相位波动单边带功率谱密度Sφ(f)的一半，其单位为dBc/Hz。其中Sφ(f)为随机相位波动φ(t)的单边带功率谱密度，其物理量纲是rad2/Hz。
噪声系数测试方法 针对手机等接收机整机噪声系数测试问题，该文章提出两种简单实用的方法，并分别讨论其优缺点，一种方法是用单独频谱仪进行测试，精度较低；另一种方法是借助噪声测试仪的噪声源来测试，利用冷热负载测试噪声系数的原理，能够得到比较精确的测量结果。 图1是MAXIM公司TD-SCDMA手机射频单元参考设计的接收电路，该通道电压增益大于100dB，与基带单元接口为模拟I/Q信号，我们需要测量该通道的噪声系数。采用现有的噪声测试仪表是HP8970B，该仪表所能测量的最低频率为10MHz，而TD-SCDMA基带I/Q信号最高有用频率成份为640KHz，显然该仪表不能满足我们的测量需求。下面我们将介绍两种测试方案，并讨论其测试精度，最后给出实际测试数据以做对比。 图1：MAXIM公司TD-SCDMA手机射频接收电路。 利用频谱仪直接测试 利用频谱仪直接测量噪声系数的仪器连接如图2所示，其中点频信号源用于整个通道增益的校准，衰减器有两个作用，一是起到改善前端匹配的作用；二是做通道增益校准使用，因接收机增益往往很高，大于 100dB，而一些信号源不能输出非常弱的信号，配合该衰减器即能完成该功能。 测量步骤一：先利用信号源产生一个点频信号（一般我们感兴趣的是接收机小信号时的噪声系数，故此时点频信号电平应接近灵敏度电平），频点与本振信号错开一点，这样在基带I/Q端口可以得到一个点频信号，调节接收机通道增益使I/Q端点频信号幅度适中，测量接收机输入与输出端的点频信号大小可以求得这时的通道增益，记为G。
测量步骤二：接步骤一，关闭信号源，保持接收机所有设置不变，用频谱仪测量I/Q端口在刚才点频频点处的噪声功率谱密度，I端口记为Pncdensity(dBm/Hz), Q端口记为Pnsdensity(dBm/Hz)，则接收通道噪声系数有下式给出： 上式中kb表示波尔兹曼常数，F是噪声系数真值，我们用NF表示噪声系数的对数值，NF＝10lg(F)， G表示整个通道增益，T1为当前热力学温度，T0等于290K。假定T1＝T0，容易求得NF的显式表达式如下： 或者： 关于方程2与方程3的正确性，我们可以做如下简单推导。先考虑点频情况，设接收机输入端点频信号为： 接收机I/Q端口点频信号分别为：
中华人民共和国国家标准 GB 1496—79 机动车辆噪声测量方法 本标准适用于各类型汽车、摩托车、轮式拖拉机等机动车辆的车外、车 内噪声的测量。 一、测量仪器 1．使用精密声级计或普通声级计和发动机转速表。 2．声级计误差应不超过±2dB（A）。 3．在测量前后，仪器应按规定进行校准。 二、车外噪声测量 （一）测量条件 4．测量场地应平坦而空旷，在测试中心以25m为半径的范围内，不应有大的反射物，如建筑物、围墙等。 5．测试场地跑道应有20m以上的平直、干燥的沥青路面或混凝土路面。路面坡度不超过0.5％。 6．本底噪声（包括风噪声）应比所测车辆噪声至少低10 dB（A）。并保 证测量不被偶然的其他声源所干扰。 注：本底噪声系指测量对象噪声不存在时，周围环境的噪声。 7．为避免风噪声干扰，可采用防风罩，但应注意防风罩对声级计灵敏度的影响。 8．声级计附近除测量者外，不应有其他人员，如不可缺少时，则必须在测量者背后。 9．被测车辆不载重。测量时发动机应处于正常使用温度，车辆带有其他辅助设备亦是噪声源，测量时是否开动，应按正常使用情况而定。
（二）测量场地及测点位置 10．测量场地示意图见图1。 11．测试话筒位于20m跑道中心点0两侧，各距中线7.5m，距地面高度1.2m，用三角架固定，话筒平行于路面，其轴线垂直于车辆行驶方向。 （三）加速行驶车外噪声测量方法 12．车辆须按下列规定条件稳定地到达始端线： 行驶档位：前进档位为4档以上的车辆用第3档，前进档位为4档或4档以下的用第2档。 发动机转速为发动机标定转速的四分之三。如果此时车速超过了50km/h，那 么车辆应以50km/h的车速稳定地到达始端线。 拖拉机以最高档位、最高车速的四分之三稳定地到达始端线。 对于自动换档车辆，使用在试验区间加速最快的档位； 辅助变速装置不应使用。 在无转速表时，可以控制车速进入测量区：以所定档位相当于四分之三标定 转速的车速稳定地到达始端线。 13．从车辆前端到达始端线开始，立即将油门踏板踏到底或节流阀全开，直 线加速行驶，当车辆后端到达终端线时，立即停止加速。车辆后端不包括拖车以
噪声系数测量的三种方法 摘要：本文介绍了测量噪声系数的三种方法：增益法、Y系数法和噪声系数测试仪法。这三种方法的比较以表格的形式给出。 前言 在无线通信系统中，噪声系数(NF)或者相对应的噪声因数(F)定义了噪声性能和对接收机灵敏度的贡献。本篇应用笔记详细阐述这个重要的参数及其不同的测量方法。 噪声指数和噪声系数 噪声系数(NF)有时也指噪声因数(F)。两者简单的关系为： NF = 10 * log10 (F) 定义 噪声系数(噪声因数)包含了射频系统噪声性能的重要信息，标准的定义为： 式1 从这个定义可以推导出很多常用的噪声系数(噪声因数)公式。 下表为典型的射频系统噪声系数：
* HG = 高增益模式，LG = 低增益模式 噪声系数的测量方法随应用的不同而不同。从上表可看出，一些应用具有高增益和低噪声系数(低噪声放大器(LNA)在高增益模式下)，一些则具有低增益和高噪声系数(混频器和LNA 在低增益模式下)，一些则具有非常高的增益和宽围的噪声系数(接收机系统)。因此测量方法必须仔细选择。本文中将讨论噪声系数测试仪法和其他两个方法：增益法和Y系数法。 使用噪声系数测试仪 噪声系数测试/分析仪在图1种给出。
图1. 噪声系数测试仪，如Agilent的N8973A噪声系数分析仪，产生28VDC脉冲信号驱动噪声源(HP346A/B)，该噪声源产生噪声驱动待测器件(DUT)。使用噪声系数分析仪测量待测器件的输出。由于分析仪已知噪声源的输入噪声和信噪比，DUT的噪声系数可以在部计算和在屏幕上显示。对于某些应用(混频器和接收机)，可能需要本振(LO)信号，如图1所示。当然，测量之前必须在噪声系数测试仪中设置某些参数，如频率围、应用(放大器/混频器)等。 使用噪声系数测试仪是测量噪声系数的最直接方法。在大多数情况下也是最准确地。工程师可在特定的频率围测量噪声系数，分析仪能够同时显示增益和噪声系数帮助测量。分析仪具有频率限制。例如，Agilent N8973A可工作频率为10MHz至3GHz。当测量很高的噪声系数时，例如噪声系数超过10dB，测量结果非常不准确。这种方法需要非常昂贵的设备。
噪声系数测试 1 增益法 前面提到，除了直接使用噪声系数测试仪外还可以采用其他方法测量噪声系数。这些方法需要更多测量和计算，但是在某种条件下，这些方法更加方便和准确。其中一个常用的方法叫做“增益法”，它是基于前面给出的噪声因数的定义： 在这个定义中，噪声由两个因素产生。一个是到达射频系统输入的干扰，与需要的有用信号不同。第二个是由于射频系统载波的随机扰动(LNA ，混频器和接收机等)。第二种情况是布朗运动的结果，应用于任何电子器件中的热平衡，器件的可利用的噪声功率为： P NA = kTΔF, 这里的k = 波尔兹曼常量(1.38 * 10-23焦耳/ΔK), T = 温度，单位为开尔文 ΔF = 噪声带宽(Hz) 在室温(290ΔK)时，噪声功率谱密度P NAD = -174dBm/Hz 。 因而我们有以下的公式： NF = P NOUT - (-174dBm/Hz + 10 * log 10(BW) + 增益) //20*log10(BW) 在公式中，P NOUT 是已测的总共输出噪声功率，-174dBm/Hz 是290°K 时环境噪声的功率谱密度。BW 是感兴趣的频率带宽。增益是系统的增益。NF 是DUT 的噪声系数。公式中的每个变量均为对数。为简化公式，我们可以直接测量输出噪声功率谱密度(dBm/Hz)，这时公式变为： NF = P NOUTD + 174dBm/Hz - 增益 为了使用增益法测量噪声系数，DUT 的增益需要预先确定的。DUT 的输入需要端接特性阻抗(射频应用为50Ω，视频/电缆应用为75Ω)。输出噪声功率谱密度可使用频谱分析仪测量。 增益法测量的装置见图2。
胡为东系列文章之七 相位噪声的时域测量方法 美国力科公司胡为东摘要：相位噪声主要是衡量因信号的相位变化而带来的噪声，在频域中表现为噪声的频谱，在时域中又表现为信号边沿位置的抖动，因此在实际应用中，相位噪声和信号的抖动其实本质是相同的。本文就将对相位噪声以及TIE抖动（Time Interval Error，时间间隔误差，也叫相位抖动）的概念及相互关系做一简要介绍并详细介绍了使用力科示波器如何测量TIE 抖动并将其转换为相位噪声的。 关键词：力科相位噪声TIE 抖动 一、相位噪声的基本概念 一个时钟信号或者一个时钟信号的一次谐波可以用一个如下的正弦波形来表示： （），其中为时钟频率，为初始相位，如果为常数，那么的傅里叶变换频谱图应该为一条谱线，如图1中的左图所示，但是如果发生变化，则原本规则的周期正弦信号在变化的过程中将会出现拐点，且频谱也将变得不仅仅是一条谱线，而是可能由分布在时钟频率周围的很多条谱线构成的更为复杂的频谱图，如图1中的右图所示，其中频谱波形在fc附近多出的谱线即为相位噪声谱（或者叫做相位抖动谱）。因为初始相位的变化而引起的噪声称为相位噪声，因此对于一个正弦时钟信号或者时钟信号的一次谐波来说，在理论上应该是为零的，此时上述公式中的则完全为相位噪声成分。 fc A fc A 图1 正弦信号的频谱（无相位变化以及有相位变化的可能情形）为了更为精确的描述相位噪声，通常定义其为在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。如一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的总功率比值，即在fm频率处1Hz范围内的面积与整个噪声频下的所有面积之比，如下图2所示。
监测方法 按GB 12349执行。 工业企业厂界噪声标准测量方法 GB 12349－90 Method of measuring noise at boundary of industrial enterprises 本标准为执行GB 12348《工业企业厂界噪声标准》而制订。 本标准适用于工厂及有可能造成噪声污染的企事业单位的边界噪声的测量。 1 名词术语 1.1 A声级用A计权网络测得的声级，用LA表示，单位dB(A)。 1.2 等效声级 在某规定时间内A声级的能量平均值，又称等效连续A声级，用Leq表示，单位为dB(A)。 按此定义此量为： Leq＝10Lg（) 式中：LA-t时刻的瞬时A声级。 T-规定的测量时间。 当测量是采样测量，且采样的时间间隔一定时，式(1)可表示为： Leq＝10Lg（） 式中：Li-第i次采样测得的A声级； n-采样总数。 1.3 稳态噪声，非稳态噪声在测量时间内，声级起伏不大于3dB(A)的噪声视为稳态噪声，否则称为非稳态噪声。 1.4 周期性噪声 在测量时间内，声级变化具有明显的周期性的噪声。 1.5 背景噪声 厂界外噪声源产生的噪声。 2 测量条件 2.1 测量仪器 测量仪器精度为Ⅱ级以上的声级计或环境噪声自动监测仪，其性能符合GB 3875《声级计电声性能及测量方法》之规定，应定期校验。并在测量前后进行校准，灵敏度相差不得大于0.5dBA，否则测量无效。测量时传声器加风罩。 2.2 气象条件测量应在无雨、无雪的气候中进行，风力为5.5m/s以上时停止测量。
2.3 测量时间 测量应在被测企事业单位的正常工作时间内进行。分为昼、夜间两部分，时段的划分可由当地人民政府按当地习惯和季节划定。 2.4 采样方式 2.4.1 用声级计采样时，仪器动态特性为“慢”响应，采样时间间隔为5s。 2.4.2 用环境噪声自动监测仪采样时，仪器动态特性为“快”响应，采样时间间隔不大于1s。2.5 测量值2.5.1 稳态噪声测量1min的等效声级。 2.5.2 周期性噪声测量一个周期的等效声级。 2.5.3 非周期性非稳态噪声测量整个正常工作时间的等效声级。 2.6 测点位置的选择 2.6.1 测点(即传声器位置。下同)应选在法定厂界外1m，高度1.2m以上的噪声敏感处。如厂界有围墙，测点应高于围墙。 2.6.2 若厂界与居民住宅相连，厂界噪声无法测量时，测点应选在居室中央，室内限值应比相应标准值低10dB(A)。 3 测量记录及数据处理 3.1 测量记录围绕厂界布点。布点数目及间距视实际情况而定。在每一测点测量，计算正常工作时间内的等效声级，填入工业企业厂界噪声测量记录表(见附表)。 3.2 背景值修正 背景噪声的声级值应比待测噪声的声级值低10dB(A)以上，若测量值与背景值差值小于10dB(A)，按下表进行修正。 附录A工业企业厂界噪声测量记录表(补充件)
噪声系数的计算及测量方法（一） 时间：2012-10-25 14:32:49 来源：作者： 噪声系数(NF)是RF系统设计师常用的一个参数，它用于表征RF放大器、混频器等器件的噪声，并且被广泛用作无线电接收机设计的一个工具。许多优秀的通信和接收机设计教材都对噪声系数进行了详细的说明. 现在，RF应用中会用到许多宽带运算放大器和ADC，这些器件的噪声系数因而变得重要起来。讨论了确定运算放大器噪声系数的适用方法。我们不仅必须知道运算放大器的电压和电流噪声，而且应当知道确切的电路条件：闭环增益、增益设置电阻值、源电阻、带宽等。计算ADC的噪声系数则更具挑战性，大家很快就会明白此言不虚。 公式表示为：噪声系数NF=输入端信噪比/输出端信噪比，单位常用“dB”。 该系数并不是越大越好，它的值越大，说明在传输过程中掺入的噪声也就越大，反应了器件或者信道特性的不理想。 在放大器的噪声系数比较低的情况下，通常放大器的噪声系数用噪声温度(T)来表示。 噪声系数与噪声温度的关系为：T=(NF-1)T0 或NF=T/T0+1 其中：T0-绝对温度(290K) 噪声系数计算方法 研究噪声的目的在于如何减少它对信号的影响。因此，离开信号谈噪声是无意义的。 从噪声对信号影响的效果看，不在于噪声电平绝对值的大小，而在于信号功率与噪声功率的相对值，即信噪比，记为S/N(信号功率与噪声功率比)。即便噪声电平绝对值很高，但只要信噪比达到一定要求，噪声影响就可以忽略。否则即便噪声绝对电平低，由于信号电平更低，即信噪比低于1，则信号仍然会淹没在噪声中而无法辨别。因此信噪比是描述信号抗噪声质量的一个物理量。 1 噪声系数的定义 要描述放大系统的固有噪声的大小，就要用噪声系数，其定义为 设Pi为信号源的输入信号功率，Pni为信号源内阻RS产生的噪声功率，Po和Pno 分别为信号和信号源内阻在负载上所产生的输出功率和输出噪声功率,Pna表示线性电路内部附加噪声功率在输出端的输出。