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【技術(shù)帖】一文說透射頻接收靈敏度

2023-11-03

什么是接收靈敏度?

接收靈敏度是指接收機能夠處理的最小輸入信號強度,通常以信噪比來衡量。


什么是接收靈敏度?什么是信噪比?舉個例子,兩個人在交談的時候,假設(shè)A是接收機角色,當(dāng)B對A說話的同時旁邊還有人放視頻,B說的話就是有用的信號,視頻聲音就是噪聲是沒用的信號,B說話的音量比視頻的音量就是“信噪比”。當(dāng)視頻音量遠遠超過B的音量時,A就聽不到B說的話了。接收靈敏度則是A能聽清B說話的最小音量。

接收靈敏度是接收機性能的一個關(guān)鍵指標(biāo),因為它決定了接收機是否能夠在弱信號條件下正常運作。

接收靈敏度為什么越低越好?B更大聲說話是否能解決問題?實際上,當(dāng)B離A較遠時(正如我們手機離基站距離變遠時),A能聽到B的聲音是必然減小的。所以A的接收靈敏度越低,A和B的距離更遠也能正常溝通。

我們知道靈敏度的計算公式如下:

-174(dBm/Hz)是熱底噪:A和B聊天時,環(huán)境固有的隨機噪聲,無法避免

NF是接收機的系統(tǒng)級聯(lián)噪聲:聲音從B發(fā)出傳輸?shù)紸耳朵里,中途任何造成B的聲音比上噪聲的比值下降的綜合(距離、墻、任何導(dǎo)致這個比值減小的因素)

B是占用帶寬:頻率帶寬打個不太恰當(dāng)?shù)谋扔骶褪且羯?,在這個例子里面我們假設(shè)的是B的聲音和視頻聲音音色是完全一樣的,誰的聲音大A就能聽清誰的聲音

SNRmin是基帶解調(diào)所需要的最低信噪比:這取決于接收機和調(diào)制方式,與前端電路無關(guān)。只有B的聲音比上噪聲大于這個門限,A才能聽清。這個門限可以認(rèn)為A的年齡和聽力決定了他能聽到的最低聲音是確定的

從這個公式我們可以得到以下信息:

固定帶寬和調(diào)制方式后,提高靈敏度唯一的方式就是優(yōu)化NF。也就是說,當(dāng)A的聽力能力和聲音的音色固定了,唯一可以讓A能聽清B說話所需的音量變小的方式就是減小鏈路的NF。


如何優(yōu)化NF提高接收靈敏度?

根據(jù)噪聲的級聯(lián)公式:



可以得出第一級放大器的噪聲系數(shù)F1和增益對總的噪聲影響最大,后面的噪聲會被稀釋掉。

B的聲音傳輸?shù)紸,如何減小鏈路上總的NF?如果B拿一個擴音器講話,那么這個擴音器就是第一級放大器。擴音器將B的聲音擴大倍數(shù)就是增益,即使B不說話,擴音器也會輸出沙沙響的雜音,即擴音器自己也有噪聲系數(shù)F1。

從噪聲系數(shù)F到噪聲因子NF的轉(zhuǎn)換參考下面例子。

常見的接收機模型,從測試座到transceiver,只有一個外置LNA,可以等效為下圖:


我們常見的提高接收靈敏度的方式就是在接收機前面加一個LNA,那么增加LNA為何能提升靈敏度,以及需要注意什么?

LNA改善靈敏度的本質(zhì)在于降低總的NF,即如NF級聯(lián)公式所描述的,系統(tǒng)的總噪聲主要取決于第一級放大器的噪聲。Transceiver的NF要遠比LNA的NF大,所以LNA作為第一級放大器可以明顯降低系統(tǒng)總的NF。需要注意的是對于transceiver內(nèi)部集成了LNA的情況下,如果還要增加外置LNA提升靈敏度,需要注意LNA的NF和增益大小,如果LNA的NF較差,且增益較低,有可能導(dǎo)致加了LNA靈敏度反而變差的情況。LNA的噪聲系數(shù)就可以理解為B手中的擴音器自己產(chǎn)生的噪聲,如果擴音器自己產(chǎn)生的噪聲放大輸出后的沙沙響過大,那么這個擴音器反而成了累贅。所以在LNA的選型中一定要選擇低的NF。

總結(jié)

通過前端電路改善接收機的接收靈敏度的方式在于優(yōu)化系統(tǒng)總的噪聲,通過增加外置LNA的方式是改善靈敏度的常用措施之一,而在LNA的器件選型中最關(guān)鍵的參數(shù)就是NF和增益。艾為的LNA產(chǎn)品采用Smart Linearity Technology (SLT)專利技術(shù)可以實現(xiàn)超低噪聲系數(shù)、高線性的、高增益,這為您的接收機系統(tǒng)優(yōu)化提供了極大的便利。


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