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EDA/SW/T&M
NOISE ANALYSIS
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- ELETTRONICA OGGI 462 - MAGGIO 2017
vrebbe trovarsi una sorgente di
rumore puramente termica per
generare un rumore pari alla
somma di tutte le sorgenti di
rumore effettivamente presenti
nel dispositivo.
Che cos’è la figura di rumore?
La figura di rumore è defini-
ta fondamentalmente come il
rapporto F tra il rapporto S/N
in ingresso e quello in uscita e,
quindi, rappresenta il degrado
del S/N causato dal sistema
attraverso il quale il segnale si
propaga.
La figura di rumore è indipen-
dente dal guadagno, dato che
un amplificatore ideale privo
di rumore amplificherebbe sia il segnale sia il rumo-
re della stessa quantità. In realtà, praticamente tutti gli
amplificatori aggiungono rumore e la figura di rumo-
re ne caratterizza l’entità. Inoltre, la figura di rumore
è indipendente dall’ampiezza del segnale di ingresso,
almeno finché l’amplificatore opera in regime lineare.
Tuttavia, la figura di rumore di un sistema dipende dal-
la temperatura della sorgente che eccita la rete, dato
che il rumore da essa generato dipende normalmente
dalla temperatura. Secondo lo standard definito dalla
IEEE, la temperatura da considerare quando si deter-
mina la figura di rumore è pari a 290K.
Inoltre la figura di rumore è generalmente anche fun-
zione della frequenza, ma è indipendente dalla banda
passante. Normalmente si esprime come NF = 10·log(F)
dove F è il rapporto tra i S/N di ingresso e uscita.
Caratteristiche di rumore di reti a due porte
Una ragione per cui la figura di rumore è così utile
nella fase di progettazione è che può essere applicata
sia ai singoli componenti, come un transistore dell’am-
plificatore, sia al sistema completo, come il ricevitore.
La figura di rumore complessiva del sistema può esse-
re calcolata componendo le figure di rumore e i gua-
dagni, se noti, dei singoli stadi.
In figura 1, il rumore in uscita è costituito dalla somma di:
• rumore termico della sorgente kT
o
B (dove k è la co-
stante di Boltzmann, T
o
la temperatura in Kelvin e B la
banda di rumore) amplificato dai guadagni G
1
and G
2
;
• rumore dell’uscita del primo amplificatore N
a
1 am-
plificato dal guadagno G
2
del secondo stadio;
• rumore in uscita del secondo amplificatore N
a
2.
Le varie componenti di rumore possono essere som-
mate in potenza dato che sono scorrelate.
Conseguentemente, è possibile calcolare i contributi
individuali degli amplificatori e poi esprimere il rumo-
re totale in uscita in termini di fattori di rumore. Una
volta che il rumore in uscita è noto, la figura di rumore
complessiva FSYS può essere calcolata come F
1
+ (F
2
-
1)/G
1
. Il secondo termine di questa equazione indica il
contributo di rumore del secondo stadio. Questa equa-
zione mostra che, finché il guadagno del primo stadio
è elevato, il contributo del secondo stadio è trascura-
bile. Per questo motivo il guadagno del preamplificato-
re è così importante nel progetto del ricevitore.
Guadagno e disadattamento
Naturalmente, il guadagno del dispositivo costituisce
una parte importante dei calcoli di rumore, ma vi è una
differenza tra una potenza di rumore in ingresso pari
a kT
o
B, che è la potenza disponibile, e quanta potenza
viene effettivamente accoppiata nel sistema, che di-
pende dall’adattamento di impedenza del carico. Un
elevato disaccoppiamento in ingresso riduce la poten-
za trasmessa al dispositivo. Tale effetto può essere ca-
ratterizzato in termini di rapporto tra la potenza iniet-
tata nel carico e quella disponibile dalla sorgente. Tale
rapporto è definito come guadagno di trasduzione Gt.
Spesso, il guadagno disponibile (G
a
) è indicato come
un parametro del transistore e rappresenta il trasferi-
mento di una sorgente con ammettenza Y
s
che pilota il
dispositivo la cui uscita è adattata al carico.
Fig. 1 – Metodo di calcolo della figura di rumore con più stadi in cascata (Keysight)