低噪声设计中设备/组件注意事项

有些人可能会感到惊讶，低功率系统中设备/组件设计与高功率系统设计需要考虑的因素很多都相同，虽然原因不同。低噪声设计的目标是限制增加的噪声、谐波、杂散信号和其他因素的数量，而这些因素会增加信号链的本底噪声。这样做的原因是，任何增加的噪声或提高本底噪声的其他信号质量问题，都会降低动态范围的下限并限制系统的灵敏度。灵敏度在某些应用是必不可少的，而且是传感和通信的一个限制因素。

例如，雷达系统的灵敏度决定了雷达的范围极限。同样地，射电望远镜的灵敏度限制了可以从外太空观察到的信号强度。最后，通信链路的范围和吞吐量也受到接收器灵敏度的限制。

为了将系统中的噪声降至最低，信号链中的每个系统组件均经过设计，以实现最小的附加噪声。随着附加噪声的累积，每个信号链元素都会增加本底噪声，包括泄漏高频噪声或充当高频干扰天线的电源。这就是为什么高度灵敏的接收器通常会被严密屏蔽并放置在屏蔽罩中，以防止外部干扰增加噪声。通常情况下，还需要对高灵敏度接收器系统的射频和其他输入和输出进行滤波，以消除噪声和电磁干扰（EMI）。

设计低噪声系统时需要考虑的另一个现象是热噪声。根据材料的温度，导体和半导体会产生一定数量的宽带噪声。材料的温度越高，产生的热噪声就越高。这就是为什么热管理也是低噪声射频系统设计需要考虑的重要因素。在某些情况下（例如，使用射电望远镜），热噪声是造成噪声的主要因素，导致关键信号链元件，例如低噪声放大器（LNA），经常被低温冷却。低温冷却可以将关键组件和设备降至非常低的温度，从而使它们产生的热噪声降至最低。

在低噪声系统中，需要考虑另一类越来越重要的噪声，即相位噪声。相位噪声是通信或传感信号的意外频率变化。相位噪声会导致采用复杂调制方案的通信和传感系统的矢量误差幅度（EVR）降低。通常情况下，调制方案越复杂，对相位噪声越敏感。与幅度噪声相比，相位噪声的处理和缓解也有所不同，并且需要考虑其他设计因素。

还有各种其他类型的噪声，例如闪烁噪声、散粒噪声、突发噪声和雪崩噪声。这些类型的噪声较为特殊，通常用于特定的组件/设备。用于降低系统噪声的滤波器有时也有助于降低噪声，不论发电机如何。

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