噪声参数
在接收机里,噪声是非常重要的一个因素,因为输入讯号很小,很容易受到噪声的干扰。一般而言,设计者利用每个区块的噪声参数(noise figure),来描述每个区块的噪声特性。因为藉结合串联区块的噪声参数,以求出整个接收机的噪声参数,这是很容易的。一个区块的「噪声参数(NF)」是指当讯号通过区块时,讯号噪声比率(SNR)降低了多少。它的定义如下:
(8)
在接收机的输入端,SNR的定义是讯号功率与天线所得到的背景噪声功率之比率值。如附图四所示,一个接收机对输入噪声的每一个「映像」是很敏感的。只针对有被发现到的输入讯号而言,而且仅包含此输入讯号的「映像」所拥有的噪声功率。在外差式接收机里,输入讯号是在单一的侧频带中被发现的,所以可以利用单一侧频带的NF。
在这种情况下,只包含与输入讯号相关的「映像」之噪声功率。在自差式(homodyne)、或直接转换接收机里,讯号是在载波的两个侧频带中被发现的,所以使用双侧频带(DSB)的NF。在这种情况下,「映像」是与「载波重迭(carrier overlap)」密切相关的,而且 包含了来自于两个侧频带中的噪声功率。在这两种情况中,
包含了所有「映像」的输入噪声之影响,但是,它不包括负载处于输出频率值时所产生的噪声。
在(8)式中,因为讯号功率同时在分子与分母,所以可以相消。因此(8)式可以重写成:
(9)
图三:噪声如何被混波器移动。噪声会被LO的每一个谐波复制和转换,结果是会在相隔kfLO的频率处产生关联性。
这里的是总输出噪声功率;
是输出噪声功率,此噪声是负载于输出频率值时所产生的;而
也是输出噪声功率,此噪声是来源端于输入频率值时所产生的。一般而言,计算DSB NF时所使用的
是比用来计算SSB NF的
大两倍,但是两者的
和
都是相同的,因此在相同的电路下,DSB NF通常比SSB NF小3 dB。
我们可以应用LO来计算混波器的噪声,单独求出由LO产生的稳态响应,在LO附近对电路进行线性仿真,并使用周期性噪声分析法。实际对双极混波器(bipolar mixer)进行测量后会发现,噪声参数可以被预测至0.25 dB以内。不过,在CMOS混波器上进行的测量结果是无法如此精确的,因为MOS晶体管的噪声模型,并不像双极晶体管的噪声模型那样地精确。