在前面的文章中,我們重新復習了一下熱噪聲相關的知識。這種由于電子的普朗運動產生的噪聲,存在于所有的電子設備中,既不能被消除,也無法避開。所以熱噪聲也就構成了所有電子產品的底噪極限——-174dBm/Hz。
而熱噪聲的功率值就可以通過下面這個公式直接計算得出:
這個公式比較好記,kTB,記住這三個字母就可以了,其中k是玻爾茲曼常數,只要記住這個值就可以了:k=1.3806452 × 10-23J/K, BW就是噪聲的帶寬,單位是Hz,這個就是信號的載波帶寬,也無可爭議。唯一一個有一丟丟爭議的倒是中間那個溫度 T, 單位是開爾文K。
什么是開爾文溫度?
溫度的單位比較多,有攝氏度℃,華氏度℉,蘭氏度°R,列氏度°Ré,牛頓溫標°N。看名字就知道這個溫度單位是以某人的姓氏來命名的,但是對我來說,只認識攝氏度℃,換個單位就要查半天的資料。
但是在國際單位制中,溫度的單位是開爾文K,也稱為開氏溫度,沒錯這個就是為了紀念偉大的開爾文勛爵對熱理論的貢獻。
開爾文勛爵的真實姓名叫威廉·湯姆森(William·Thomson),與他相關的物理研究有:焦爾-湯姆森效應,焦爾-湯姆森膨脹,熱電“湯姆森效應”,開爾文電流天平,湯姆森測量電橋等等。
而開爾文溫度之所以能夠成為國際溫標,就是開爾文溫度是以絕對零度作為計算起點的溫度,即將水三相點的溫度準確定義為273.16K后所得到的溫度也稱為絕對溫度。
開爾文溫度和我們習慣用的攝氏溫度相差一個常數273.15,即T=t+273.15(t是攝氏溫度的符號)。例如用攝氏溫度表示的水三相點溫度為0.01°C,而用開爾文溫度表示則為 273.16K。
所以,在物理學關于溫度的計算中,一般用開爾文溫度作為溫度的計算標準。這也就有了熱噪聲公式中T的單位由來。
T0 到底是多少度?
但是我們在計算底噪時,會用到一個T0的溫度,也就是我們所說的室溫。關于這個室溫T0,有的資料上寫的是290K,有的是294K,有的又直接是300K?這三個溫度轉換為攝氏度分別為17℃,20℃,26℃,室溫不是25℃嗎?
但是這三個溫度對熱噪聲計算的影響是微乎其微的,看下表。即使是290K和300K,這10°的差異,對于噪聲功率來說也僅僅是0.15dBm的差別,對于射頻系統來說,who cares!
所以呢,關于T0到底是多少度,我覺得糾結這個的意義不大。但是對于我們目前電子產品的工作溫度來說,這個噪聲功率的差別又有多大呢?
我們一起來算一下,如下表所示,-40℃和65℃的噪聲功率差異也僅僅1.1dB 。
所以呢,溫度是噪聲功率的一個因子,但是在我們的使用環境下,其影響又是微乎其微的。這也就是我們常常把-174dBm/Hz,作為熱噪聲的一個常量了。
但是呢,對于信號帶寬BW,這個影響就大了去了。
按照上面的計算公式,我們整理不同帶寬下的噪聲功率如下表所示。
所以呢,在進行噪聲功率的計算中,一定要注意噪聲帶寬。不同的帶寬下,噪聲功率的差異可是灰常得大啊 。
審核編輯:黃飛
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原文標題:熱噪聲公式中的T0到底是多少度?
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