1. 概要

 

        有三种常用的噪声系数的测量方法[1]，分别是：

1. 噪声系数测试仪法
2. 增益法
3. Y系数法

       这些测量方法都需要利用复杂的测试仪器，有没有更简单的方法呢？本文介绍一个简单的仅需要RF信号发生器以及一个能采集数据的设备（比如说示波器），再加上仿真分析的方法进行噪声系数评估的方法。虽然这种评估方法所得到的结果可能比较粗糙，但是由于简单易行，在评估要求不高的场合有其实际应用价值。

 

2. 基本原理

​

        基本原理参考[1]中所介绍的增益法，NF计算公式如下所示：

   式(1)

 

        本文建议的简易的噪声系数评估方法按如下步骤进行：

1. 用信号发生器给待测器件射频输入端输入指定功率的单频信号
2. 从待测器件基带输出端用数据采集设备（比如说示波器）采集数据
3. 对采集数据进行分析，估计射频链路的增益以及噪声功率
4. 根据以上公式(1)估计噪声系数

 

3. 实验

 

        以下是针对某射频接收芯片实施的根据以上所描述的方式进行的噪声系数评估实验。该射频芯片是零中频架构，因此射频链路的最终输出是由I/Q两路构成的复基带信号。

        用信号发生器给射频芯片接收端灌入功率为Prfin(如果不加特别，本文中所提及的功率值为dBm单位)、频率为偏离载波频率1MHz（频率偏移值不是必然的，在射频链路处理带域范围内即可）的单频信号。该信号的注入是为了方便射频链路接收增益的估计。然后对射频芯片的模拟输出信号进行采样。可以两路都采集下来，但是实际分析只有一路也可以。

        步骤1，对采集信号进行滤波，将有效信号带宽范围外的噪声滤除，并计算总功率Ptotal

        步骤2，对经过上一步滤波后的信号进行带通滤波，估计其中的单频信号的功率得到Psig

        步骤3，计算射频接收链路的增益

        步骤4，计算噪声功率率

        步骤5，根据公式(1)计算噪声系数

 

        本实验中的射频芯片载波频率为490MHz，信道带宽为[-3MHz, 3MHz]。注入的单频信号频率491MHz，功率-100dBm（在这个输入功率条件下该射频芯片将工作在最大增益条件）。用示波器对射频链路输出信号进行单路采样，采样率12.5MHz。

        采集信号的分析结果如下所示。

图 1 原始采集信号的频谱

        因为所注入的单音信号频率偏离载波频点1MHz，所以经过下变频处理，在基带上该信号出现在1MHz处。从以上频谱来看有所偏移，这是由晶振频率偏差导致载波频偏效应。 

图 2 滤除带外噪声后的信号频谱

图 3 经过带通滤波后的信号频谱 

        经过分析得到，该射频芯片的接收链路的最大增益为93dB，噪声系数大约为5dB。

Reference:

[1] https://www.maximintegrated.com/cn/design/technical-documents/tutorials/2/2875.html