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1、简单射频电路的噪声系数分析周硕耘引言：在电路设计中，无论是低频模拟电路，还是射频电路中，最终如何得到高质量的接受信号，即得到最大化的 SNR，是所有工程师所关心的问题，那么在解决噪声干扰之前，对噪声的量化分析就成为了一个很重要的先行步骤，在模拟电路中，常用信噪比（SNR ）来描述，在 RF 电路中则引入另一个参量噪声系数（NF ）进行量化和分析，本文即对噪声系数的概念进行介绍并举例 CMOS 混频器对噪声系数的计算进行说明关键词：噪声系数 CMOS 混频器噪声系数的定义在 RF 电路的噪声分析中，最常用的噪声系数的定义式如下：NF=SNRin/SNRout,当然，也有取对数，dB 作为单位的，
2、但他们本身就是一一映射的关系，本质上并没有区别，唯一的好处是，可以简化计算，但是原则上不加区分。射频电路的噪声系数分析在分析射频电路的噪声系数之前，首先需要定义几种常见噪声的数学模型：电阻热噪声：Sv（ f）=4KTR=V n2，I n2=4kT/R ；其中 Vn，I n 是等效的均方噪声电压和电流，Sv 是噪声的功率谱密度（ PSD） ，即，对于单纯的电阻，含热噪声的电路可等效如下图的无噪声电路：，并且满足电阻的串并联规则。另外对于有源器件还存在：散粒噪声：I n2=2qI 闪烁噪声：V n2=K/WLCoxf考虑耦合沟道热噪声和散粒噪声的条件下推导简单单平衡有源 CMOS 混频器的噪声系数
3、，电路如下：晶体管的噪声模型指出：工作在饱和区的 MOSFET 的电压相关的互相耦合的沟道热噪声和散粒噪声的 PSD 为 In2=2rqVdsgm（1+e -qvds/kT）/(1-e -qvds/kT),Vds为漏源电压，r 为偏置函数，g m为小信号跨导，噪声模型如下图：该模型为热噪声和散粒噪声的统一模型。对于该系统的总噪声来说，可以分成各部分加性噪声的共同作用。对于开关的引入的噪声：将 Vds1，Vds2，gm1,gm2 代入统一模型,可推导出开关噪声的 PSD Sn1=In12（1/(1+g m1/gm2）)+I n22(1/(1+gm2/gm1),考虑 Id3=Id1+Id2，I O
4、1=Id1-Id2可得到输出分量是引入噪声分量幅度的 2 倍对于跨导级引入噪声：考虑 M3 管产生的噪声，其中有多晶栅电阻 Rg3和射频输入端源阻抗 Rs的热噪声，以及互相耦合沟道的热噪声与散粒噪声统一模型，得到公式：对于负载噪声：SnL=4kT/RL，RL 为负载噪声等效电阻混频器本振端口引入噪声：SnLO=4kT（R LO+2Rg1）G 2，RLO 为本振输出的噪声底线等效电阻，R g1为 M1 管的多晶栅电阻综合所有的加性噪声，可得输出噪声公式：Iadd2=SnL+SnLO+Sn3+Sn1+Sn2,即所以该系统的噪声系数即为 NF=(I2add/(C2gm2)/4kTRs考虑混频器的频谱搬移，对于超外差接收机，也将镜像频带内的噪声搬移到了中频，相对于零中频接收机，其噪声系数是双边频谱系数的两倍，所以零中频的 NF=(I2add/(C2gm2)/8kTRs总结：在计算混频器的噪声系数的过程当中，计及输出噪声，需要考虑到众多加性噪声的共同作用和影响，用到的噪声模型较多，随着系统复杂性的增加以及精确度的要求，计算难度将随之增大，至于更为复杂的级联级噪声系数的计算，文献也有介绍，但是这里就不作讨论了。参考文献：Behzad Razavi 著 徐志平译.射频微电子学电子科技大学 吴锐 硕士毕业论文钟苏著 高频电子技术
