淺談高頻雜訊與量測

電氣和射頻雜訊以多種形式出現. 這種性質的雜訊直接影響電子和無線電頻率. 電氣和射頻雜訊將出現在所有電子和射頻系統中, 並可能直接影響甚至限制各種系統的性能.

雜訊的性質是隨機的, 這意味著不可能消除它對系統的影響. 雜訊一旦進入系統, 就無法消除. 話雖如此, 在某些情況下, 雖然這可能會影響所需的訊號, 但仍有可能濾除部分聲音.

雜訊本質上是隨機的, 以多種形式跨越頻譜. 根據頻率分佈, 雜訊分為三類:

白雜訊 – 白雜訊以相同的方式影響所有頻率, 以平坦的振幅從零頻率向上擴展. 這個名稱很貼切, 因為它反映了白光本質上包含頻譜中所有顏色, 因此頻率也相同, 就像白雜訊對聲音一樣.
粉紅雜訊 – 與白雜訊不同, 粉紅雜訊沒有平坦的響應. 相反, 它包含比其他頻率更多的頻帶. 由於粉紅雜訊的性質, 功率密度隨著頻率的增加而降低. 粉紅雜訊得名於紅光位於光譜的低端, 其功率密度偏向較低頻率的事實.
頻帶受限雜訊 – 當雜訊通過電路或濾波器時, 其頻率可能會受到限制.

雜訊可能對系統產生多種影響. 例如, 振幅雜訊可能導致資料錯誤發生, 甚至遮蔽訊號. 顯然, 無雜訊的系統將具有最佳性能, 儘管在大多數情況下, 系統可以處理可接受的雜訊水平, 同時仍能以最佳水平運行.

射頻雜訊可以通過多種機制以多種方式產生. 此外, 射頻雜訊的分類完全取決於其產生方式:

相位雜訊 – 由於相位雜訊的性質, 它在無線電頻率和其他類型的訊號中可見. 相位雜訊以訊號擾動或相位抖動的形式出現, 這些擾動或抖動以從載波或訊號兩側擴散的邊帶形式表現出來.

熱雜訊 – 熱雜訊, 也常被稱為詹森-奈奎斯特雜訊或簡稱詹森雜訊, 是由於導體中電荷載子的熱擾動而產生的. 溫度越高, 電荷載子越活躍, 進而導致雜訊水平升高. 熱雜訊在低雜訊放大器中很重要. 為了降低熱雜訊, 高性能放大器必須在極低的溫度下運行.
閃爍雜訊, 1/f 雜訊 – 閃爍雜訊幾乎發生在每種類型的電子設備中. 這有多種原因; 每個原因都與直流電流直接相關. 閃爍雜訊的頻譜隨著頻率的升高而穩定下降.
雪崩雜訊 – 雪崩雜訊發生在結型二極體在雪崩擊穿點附近工作時. 這是一種發生在半導體結中的現象, 當位於高電壓梯度內的載子積聚足夠的能量以通過物理衝擊使任何額外的載子脫離時. 雪崩雜訊是這種衝擊的直接結果.

最終，電氣或射頻雜訊在任何系統中都扮演著關鍵角色。事實上，在許多情況下，它能決定系統的性能。例如，無線電接收器接收到的雜訊會限制無線電本身的靈敏度。在相機中，雜訊實際上是可見的，尤其是在光線不足的環境中。總體而言，所有電子設備的雜訊性能對其整體性能水平都極為重要。

雜訊對於大多數類型的電子電路來說也是一個極其重要的因素。在大多數情況下，雜訊水平很重要，並且必須測量實際雜訊水平以確保它們在可接受的範圍內。否則，將需要進行測量以確定是否可以以任何方式改善水平。

鑑於此資訊，建立測量、評估和指定雜訊水平的標準化方法是非常必要的。透過這種方式，可以測量射頻雜訊水平，從而可以與類似的測試設備和類似電路進行比較。

電子電路中的雜訊水平可以透過多種方式指定。然而，其指定方式完全取決於相關電路的應用。無線電接收器在雜訊的指定方式中扮演著重要角色。對於無線電接收器而言，雜訊規格與接收器的靈敏度相關，並包括雜訊係數和雜訊比等規格。

可能限制接收器靈敏度的主要因素是雜訊。此外，接收器靈敏度規格往往圍繞雜訊規格。主要的接收器規格是雜訊係數、SINAD 和訊號雜訊比。每個規格都著眼於接收器相對於雜訊的性能。

在電子或射頻系統中測量雜訊的方法有很多種。有幾種專用儀表用於測量 SINAD、雜訊係數和其他類似數值。在適當的情況下，標準測試設備也可以納入考量。

頻譜分析儀 – 現代頻譜分析儀很可能具有測量雜訊水平的能力。為確保測量正確進行，應正確配置分析儀的設定，以確保設定最佳條件。所使用的設定將主要取決於用於執行測量的分析儀類型。

儀表法 – 儀表（以及其他元件）可用於正確測量雜訊水平。一個簡單的雜訊測量系統將顯示一個普通的測量電路。設備在壓力下產生的一切雜訊都會被放大，直到達到合適的水平。

用於執行測量的儀表應具有平均能力——這是因為雜訊水平本質上是隨機的，並且經常會變化。請注意，大多數數位儀表都具有平均能力，而類比儀表會平均任何所做的更改。

在測量雜訊水平時，頻譜分析儀是實現此目標最簡單的方法。頻譜分析能夠確定任何給定頻寬內的雜訊水平。在此過程中需要牢記幾個因素：

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