我们能用噪声做些什么？

白噪声的两个主要应用是信号干扰/损伤和参考电平比较。信号干扰/损伤进一步分为安全信号干扰和电信信号损伤两类。安全信号干扰是一种用来干扰通信信号的高功率宽带噪声。电信信号损伤是信噪比（snr）的逐渐变化，以测量接收网络的鲁棒性。这种类型的损伤适用于同轴和无线应用。使用PCIepress、sata或10GigE工作的数字工程师将这些同轴损伤称为“抖动”或Rj。无线射频工程师使用WiMax、wcdma或lte时考虑Eb /No或C/N。在任何一种情况下，对噪声的要求都是相同的。

为了进行参考水平比较，将在大频谱上具有平坦频带的校准噪声源与被测仪器的噪底进行比较。这在频谱分析仪里很典型，但任何需要绝对噪声下限进行操作的设备都可以使用这种方法。设计工程师使用同样的噪声信号来计算噪声系数（NF）和放大器增益。这比使用精确扫描的正弦信号发生器进行这些测量要便宜。

噪声是如何产生的？

地球表面的平均温度约为62.3°华氏度、16.8°C或290°K，为周围物质提供了产生自然背景噪声的能量。由于这个温度而产生的热噪声等于-174 dBm/Hz或几个纳伏。虽然这些功率水平是天文学家和天体物理学家所关心的问题，但大多数工程师都需要更高的功率水平。

最简单的产生更高功率的模拟高斯白噪声的来源是一个反向偏置二极管（图2）。由于半导体衬底上电子-空穴配对的量子性质，在-174 dBm热噪声底上方25~30 dB处产生真正的随机噪声信号。这些功率水平现在可以在现代射频和微波设备上测量，如频谱分析仪或矢量网络分析仪（vna）。对于示波器或位误码率测试（误码仪），功率必须额外增加40至50 dB。

我们能提供什么类型的噪声？

我们生产输出模拟高斯白噪声和数字伪随机噪声的设备。一个包含反向偏置二极管（图2）的简单电路将产生一个白噪声信号，在一个宽频带上具有平坦的频率响应曲线（图1），在时域（图3）的高斯振幅分布高达105 GHz。这种噪声的关键特征是它真正的随机性和非常宽的带宽（BW）。

数字伪随机噪声的最大体重为70 MHz，动态范围为50 dB。基带噪声信号可以进行上转换，用于微波应用。数字噪声波形可以配置在特定的轮廓，允许为许多应用程序自定义波形。

如何控制噪音？

大多数噪声源的设计具有固定的输出功率水平，可以用精密衰减器或滤波器进行控制。精度衰减器额定为体重、最大功率输入和平整度。它们通常在dBm中指定，步长是10、100、10、1和0.1的倍数。

精度衰减器在本质上是单调的，可以通过所有功率水平提供一致的噪声谱（图4）。滤波器可以切换到信号路径，以创建特定的噪声轮廓，通常是单极或双极、低通、高通、带通或带拒绝。

Noisecom有哪些产品？

噪声组件包括二极管、校准和放大模块、内置测试PC板组件（通孔或表面安装）。该二极管有多种封装类型，适用于不同的电路板要求，频率范围从音频到微波频段，最高可达105 GHz（图5）。校准的噪声模块有几个不同的包，体重范围从几KHz到105 GHz。

它们有低功率，一个平坦的频带和一个同轴或波导连接器。它们需要两根线或bnc电压输入（图6）。NC1000A放大模块有三个标准的形式因素，但可以为一个特定的应用程序定制设计。它们还需要一个双线电源输入，并有同轴输出连接器（sma典型）。它们的功率输出可达+13 dBm，频率范围为10 GHz。

噪声可编程仪器包括我们的通用仪器、精密snr和数字噪声发生器。NC6000A手动系列仪器设计用于直接连接到DUT，操作简单。它们的输出功率为+30dBm，BW为40 GHz，以及可选的连接器，滤波器和组合器（图7）。Noisecom 7000A遥控系列由UFX、PNG和J系列组成。他们有一个触摸屏gui界面和标准的以太网远程控制能力。有几种选项，包括多个源、多个滤波器路径、信号输入组合器和外部输出。功率输出，高达+30 dBm和BW的至40 GHz可用（图8）。UFX EbNo是一个具有内部功率计的精确信噪发生器。输入的用户信号被测量并与选定的snr值的适当噪声相结合。输出snr可以从+5 dBm调整到-55 dBm，精度为0.2 dB（rss），高达40 GHz BW（图9）。数字噪声发生器可以从类似于电子表格的gui或MatLab程序中产生特定的配置文件。BW从10 KHz到70 Mhz。

在购买噪声源解决方案之前，需要知道些什么？

选择应用程序

噪声信号要求：

你需要的噪声频段是多少？

需要多少功率？

什么形式因素？

    组件：二极管

    模块：校准或放大

    仪器：手动或可编程

针对特定噪声参数的有用公式

如果我的噪声带宽为1 MHz到2 GHz，并且期望的功率谱密度为PSD = -90 dBm / Hz，那么dBm中的总功率是多少？

• PSD (dBm/Hz) = - 174 dBm / Hz + ENR

• ENR (dB) = 174 dBm / Hz – PSD (dBm / Hz)

• ENR (dB) = 174 dBm / Hz – 130 dBm / Hz

• ENR (dB) = 44 dB

 

 

计算噪声系数需要了解噪声温度、超噪比（ENR）和相对于1 mW的噪声功率。噪声功率转换表是这些关系的图形说明，并由具有示例计算的数学定义支持。

Noise Power 噪声功率

公式： Np = kTB，等于以瓦为单位的噪声功率和开尔文（°K）的温度，一个绝对非负参考尺度。

Np 基于系统带宽BW和玻尔兹曼常数的噪声功率

k=玻尔兹曼常数（将功率归一化到原子水平）

B=噪声BW；归一化到1 Hz允许使用dBm/Hz中的功率谱密度（PSD）来进行简单的计算

T=温度在°K中

在290°K或≈62°F（17°C）下的示例计算

Np = (1.38065e-23)*(290°K)*(1 Hz)

Np = 4.004e^-21 W/Hz

 

注：62°F，17°C290°K是地球表面的平均温度，它被选择来模拟外部天线的温度。使用290°K作为参考相当于噪声功率值4.00e-21，很容易计算。

 

方便起见，在50 Ω系统中将噪声功率标准化到1 mW

为了方便使用T&M设备时，在50Ω系统中将噪声功率值的计算归一化为1 mW。它使用对数刻度显示。

Np (dBm/Hz) =

10log(4.004e^-21/.001W) = -174 dBm/Hz

该值相当于在62°F（17°C）下的50Ω电阻功率输出，通常用作噪声系数测量参考点。

 

得出超噪比（ENR）尺度

ENR是一个对数尺度，显示比率的热（Th）和冷（Tc）噪声温度值来计算噪声系数。比例范围是任意的，并基于选择的最低热（Th）温度进行计算。

ENR = (Th /Tc - 1);

其中Tc（290°K）；Th =温度热；Tc =温度冷

 

通过选择一个接近290°K的温度值，可以计算出一个较大的ENR对数尺度。下面的例子引用的Th为290.290°K。选择此值将创建从-30 dB到+30 dB ENR的对数比例。

 

示例计算：

Tk为290.290°K

ENR = (290.290/290 - 1) = 0.001;

ENR dB = 10log(.001) = - 30 dB

 

Tk为580°K

ENR = (580/290 - 1) = 1; ENR dB = 10log(1) = 0

 

Tk为290290.00°K

ENR = (290290/290 -1) = 1000;

ENR dB = 10log(1000) = +30