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EDA/SW/T&M
NOISE ANALYSIS
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- ELETTRONICA OGGI 462 - MAGGIO 2017
I
moderni sistemi di ricezione, che siano all’in-
terno di decoder televisivi satellitari oppure in
telefoni cellulari in aree a bassa copertura, de-
vono catturare ed elaborare segnali sempre più deboli.
La sfida da affrontare nella realizzazione di questi si-
stemi è di riuscire a rivelare correttamente il segnale
nonostante la presenza del rumore captato nell’atmo-
sfera e di quello intrinseco che caratterizza l’elettroni-
ca interna dei ricevitori.
Uno dei migliori modi per comprendere l’impatto del
rumore in un sistema è di concentrarsi su un para-
metro chiamato figura di rumore, un numero che può
essere usato per misurare quanto rumore viene ag-
giunto da ogni componente del sistema e dal sistema
complessivo. La figura di rumore è ampiamente impie-
gata per confrontare le prestazioni di rumore di vari
elementi che compongono un sistema, ad esempio du-
rante il progetto dell’amplificatore o per effettuare la
scelta del tipo di transistori da utilizzare.
Minimizzare la figura di rumore di un ricevitore è im-
portante perché, a parità di rapporto segnale/rumore
(S/N), è normalmente la soluzione più economica ri-
spetto ad aumentare la potenza del segnale trasmes-
so o le dimensioni dell’antenna ricevente. Ad esempio,
ridurre la figura di rumore dell’amplificatore a basso
rumore di ingresso (LNA) impiegato nei ricevitori sa-
tellitari di 1 dB ha circa lo stesso effetto che si otter-
rebbe aumentando il diametro dell’antenna del 40%,
senza contare tutte le implicazioni aggiuntive di costo
e montaggio che questo implicherebbe.
Il rapporto segnale/rumore all’uscita di un ricevitore
dipende dal rapporto S/N in ingresso e dalla figura
di rumore. Nei sistemi terrestri, il rapporto S/N in in-
gresso è una funzione della potenza trasmessa, del
guadagno d’antenna del trasmettitore, del coefficiente
di trasmissione atmosferica, della temperatura atmo-
sferica, del guadagno d’antenna del ricevitore e della
sua figura di rumore. Abbassare la figura di rumore
del ricevitore ha lo stesso effetto sul rapporto S/N in
uscita di migliorare una qualsiasi di tali quantità.
Tenere sotto controllo il rumore gioca un ruolo impor-
tante anche nel progetto del trasmettitore, specialmen-
te se un trasmettitore rumoroso di una cella può peg-
giorare il rapporto S/N dei canali adiacenti.
Sorgenti di rumore
Da dove viene il rumore nel sistema?
Il
rumore termico
è dovuto alle vibrazioni dei portatori
di carica. La potenza iniettata da una sorgente termica
in un carico di impedenza adattata è pari a kTB watt,
dove k è la costante di Boltzmann (1,38 x 10
-23
joule/K),
T la temperatura in Kelvin e B è la banda di rumore del
sistema. La potenza disponibile nel carico adattato è
direttamente proporzionale a tale banda.
Il
rumore shot
nasce dalla natura discreta del flus-
so di corrente e da fenomeni come la generazione e
la ricombinazione di coppie elettrone-lacuna nei se-
miconduttori, o come la partizione della corrente di
emettitore tra la corrente di base e quella di collettore
nei transistori. Questi meccanismi di generazione del
rumore producono la medesima densità spettrale di
potenza, sia a radiofrequenza, sia a microonde.
Spesso si usa indicare come “temperatura di rumore”
T
e
di un dispositivo quella temperatura alla quale do-
Comprendere la figura
di rumore nei sistemi
a radiofrequenza
Giovanni D’Amore
Marketing brand manager
Keysight Technologies
La figura di rumore è ampiamente impiegata per
confrontare le prestazioni di rumore di vari elementi
che compongono un sistema, ad esempio durante
il progetto dell’amplificatore o per effettuare l
a scelta del tipo di transistori da utilizzare