Cálculo manual de densidad espectral de ruido de figura de ruido a voltaje

El RF LNA de interés es el PGA-105+ de mini-circuitos. Solo a partir de la figura de ganancia y ruido, calculé la densidad espectral del ruido de voltaje que estaría presente en la entrada del amplificador.

Si alguien puede verificar mis cálculos, sería genial. Mi principal preocupación es mi fórmula para la densidad espectral de potencia de ruido de salida disponible (entrada referida) y el hecho de que no incluyo un ancho de banda en mis cálculos mientras busco la densidad espectral.

Mi modelo de circuito del amplificador se muestra en la parte superior izquierda. Las fuentes de voltaje de ruido provienen de la impedancia de la fuente y el ruido de voltaje referido de entrada intrínseco visto en el pin de entrada del amplificador.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Un amplificador con una figura de ruido F (relación de potencia, no dB) es equivalente a un amplificador sin ruido con una densidad espectral de potencia de ruido de (F-1)kT añadida a la entrada. Entonces, una figura de ruido de 1,7 dB corresponde a F=1,48, por lo que la PSD equivalente en la entrada es 0,48 kT, o aproximadamente -177 dBm/Hz.
@TonyStewartEE75 Esa nota específica de la aplicación TI es para amplificadores OP. Este es un amplificador de RF, por lo que no puedo usar esas ecuaciones en su mayor parte.
@ Tesla23 ¿Cómo se convertiría la densidad espectral de potencia en densidad espectral de voltaje de ruido? ¿Dada una impedancia igualada a 50 ohmios?

Respuestas (1)

Un amplificador con ganancia GRAMO y figura de ruido F puede ser representado por un amplificador sin ruido con ganancia GRAMO y densidad espectral de potencia de ruido de entrada añadida norte a

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

dónde norte a = ( F − 1 ) k T 0

y F es la figura de ruido como una relación de potencia: F = 10 F d B / 10

por convención, T 0 = 290 k consulte la nota de la aplicación HP p8

Puede convertir esto en un voltaje de una fuente de impedancia Z 0 por

mi norte 2 ¯ = norte a Z 0

Para su ejemplo, con una cifra de ruido de 1,7 dB en un sistema de 50 ohmios, F = 1.48 , la PSD de ruido añadido equivalente es norte a ≈ − 177 d B metro / H z que es equivalente a un voltaje rms de aproximadamente 0.31 norte V / H z de una fuente de 50 ohmios.

Solo tenga cuidado ya que la cifra de ruido, en general, variará con la impedancia de la fuente, por lo que aunque esta representación es precisa para una fuente de 50 ohmios, si cambia la impedancia de la fuente F y norte a probablemente cambiará.

¿No se supone que es -177 dBm/ Hz no root-Hz?
Arreglado, gracias - @MaxW
Con el dispositivo en un analizador de espectro, el ruido terminó siendo 3 veces más bajo de lo calculado.
Si está diciendo que los voltios de ruido fueron bajos por un factor de 3 (alrededor de 10 dB), entonces tiene un dispositivo con una figura de ruido de alrededor de 0,6 dB (probablemente poco probable) o hay algún problema con su medición. Feliz de participar si publicas más detalles. ¿Cómo estás midiendo exactamente el ruido?
Entrada terminada en 50 ohmios para obtener el piso de densidad espectral de ruido del analizador de espectro, el promedio fue de 1,5 nV/rtHz. Luego una carga de entrada de 50 ohmios en una placa de evaluación del dispositivo, salida conectada al analizador de espectro, RBW 10Hz. Mostró una densidad espectral de ~3nV/rtHz en la región de 10MHz a 100MHz, con una joroba de 1/f de 50kHz a 10MHz.
El ruido de una resistencia de 50 ohmios a temperatura ambiente es de alrededor de 0,9 nV/rtHz, la alimentación a través de un amplificador con 16 dB de ganancia da 5,6 nV/rtHz. Si no está midiendo al menos esto, entonces el amplificador no tiene la ganancia que cree o hay un problema con la forma en que está midiendo el ruido.
Pensé lo mismo sobre la resistencia de 50 ohmios multiplicada por la ganancia. Sin embargo, mientras probaba el espectro de ruido, probé la ganancia y la fase del amplificador, y la ganancia fue exactamente como se especificó, por lo que sé que la ganancia está bien. Entonces, ¿por qué no se multiplicarían los 50 ohmios por la ganancia? Seguro que no lo sé, pero cuando hice los cálculos al revés a partir de los resultados de mi prueba, terminé con un valor negativo para el ruido de entrada referido del LNA. ¿Qué podría estar mal con mi configuración de prueba para tener un ruido de salida tan bajo?
Otra cosa interesante es que la ganancia del amplificador es <0dB por debajo de 1MHz, pero la densidad espectral del ruido por debajo de 1MHz del dispositivo fue de 30-60 nV/rtHz.
es oscilante? Tiene una ganancia de varios GHz, ¿a qué distancia puede verificar si hay oscilaciones? ¿Qué analizador de espectro estás usando?
No es oscilante, por lo que puedo decir. El dispositivo está en una placa de evaluación, por lo que está configurado de manera bastante óptima para la prueba. El analizador de espectro es un FSV3 Rohde & Schwartz.
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