Qualsiasi dispositivo elettronico a temperatura diversa dallo zero assoluto è affetto da rumore.
Tale rumore è bianco, cioè la potenza è distribuita omogeneamente nello spettro (e si definisce una densità di potenza, in W/Hz o in dBm/Hz).
La potenza di rumore totale all'uscita di un amplificatore
sarà quindi proporzionale alla banda di rumore
dell'amplificatore stesso. La banda di rumore è pari all'integrale
della risposta in frequenza.
In prima approssimazione, può essere considerata pari alla banda
di segnale (a -3 dB) dell'amplificatore stesso.
La figura di rumore, F, caratterizza la rumorosità del dispositivo rispetto al caso ideale. F = 1 (0 dB) nel caso ideale, F > 1 ( > 0 dB) per dispositivi reali.
Il rumore all'uscita di una catena è dato da:
Pn = K * T * G * B * F
dove:
Pn: potenza di rumore in uscita (in W)
K: Costante di Boltzmann
T: Temperatura assoluta (in °K)
G: Guadagno in potenza della catena (in lineare)
B: Banda di rumore della catena (in Hz)
F: Figura di rumore (in lineare)
Esprimendo guadagno e figura di rumore in dB, e la banda in dBHz (= 10*log B(Hz)), e ricordando che a temperatura ambiente (27°C = 300 °K) KT vale -174 dBm/Hz:
Pn(dBm) = -174 + G(dB) + B(dBHz) + F(dB)
La figura di rumore di una cascata di n stadi di guadagno Gn e figura di rumore Fn è data da:
F = F1 + (F2 - 1) / G1 + (F3 - 1)/G1*G2 + .... + (Fn -1) / [G1*G1*..*G(n-1)]
Attenzione!: Sia G che F sono qui espressi in lineare, non in dB!
Per ottimizzare il rumore di una catena, la banda passante deve essere quella minima necessaria a consentire una corretta amplificazione del segnale.
E' importante selezionare il primo stadio per la minima figura di rumore possibile.
Il contributo della figura di rumore degli stadi successivi è ridotto in proporzione del guadagno degli stadi che li precedono. Per questo, è bene che il primo stadio fornisca un guadagno elevato, riducendo il contributo del resto della catena.
La dinamica è generalmente definita come il rapporto tra il minimo ed il massimo segnale elaborabili. Esistono vari modi per definire questi due termini:
Quando un amplificatore inizia a saturare, il guadagno si riduce rispetto alla condizione di linearità. Un valore comunemente utilizzato per caratterizzare il massimo segnale elaborabile da un amplificatore è il punto ad 1 dB di compressione, corrispondente al livello per cui il guadagno si riduce di 1 dB rispetto alla condizione di linearità.
Un altro modo di caratterizzare le non linearità di un amplificatore fa riferimento alla generazione di frequenze spurie (armoniche e prodotti di intermodulazione) prodotti dalla sua caratteristica non lineare.
Nell'analisi di catene riceventi, non è, di norma, particolarmente interessante caratterizzare le armoniche, in quanto, operando su portante, queste si trovano generalmente al di fuori della banda del segnale e possono quindi venire agevolmente filtrate.
E' invece comune fare riferimento ai prodotti di intermodulazione, in particolare a quello di 3o ordine, definendo un punto di intercetta del 3o ordine (3rd order IM IP), in quanto tali prodotti possono ricadere nella banda di segnale di un ricevitore.
In presenza di due segnali (supposti di pari ampiezza) a frequenze f1 ed f2, si genereranno, in presenza di non-linearità, due prodotti di intermodulazione (detti del 3o ordine, in quanto battimento di un termine del 2o e di uno del 1o ordine) a frequenza 2*f1-f2 e 2*f2-f1.
Graficando l'andamento dei livelli di segnale e dei prodotti di intermodulazione in uscita in funzione del livello di ingresso, si vede come il segnale aumenti (in dB) con pendenza unitaria, mentre il livello dei prodotti cresce con pendenza pari a 3dB/dB.
Estrapolando, è possibile determinare il punto (teorico) in cui il livello dei prodotti del 3o ordine eguaglierebbe quello del segnale. Tale punto è definito come il punto di intercetta di 3o ordine (IP3).
Dal fatto che i prodotti del 3o ordine salgono col segnale di ingresso con pendenza di 3dB/dB (contro 1 dB/dB del segnale utile) è possibile calcolare l' IP3 direttamente dal rapporto segnale-intermodulazione per un solo valore di potenza di ingresso:
IP3 = ( 3 * Psign - Pim3 ) / 2
(in dBm)
E, viceversa, noto l'IP3, è possibile determinare il livello dei prodotti del 3o ordine in funzione di quello di segnale utile.
Nota: per la maggior parte dei dispositivi attivi, l' IP3 si trova circa tra 10 e 15 dB sopra l' 1dBcp (tipico 13 dB).
Il punto ad 1 dB di compressione, come pure quello di intercetta del 3o ordine, di N stadi in cascata (ciascuno caratterizzato da guadagno Gn e P1dB (o IP3) di uscita Pn) è dato da:
Attenzione!: Sia G che P sono qui espressi in lineare, non in dB!
Last Updated Oct, 06, 02