新聞中心

EEPW首頁(yè) > 測(cè)試測(cè)量 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 噪聲系數(shù)的含義和測(cè)量方法

噪聲系數(shù)的含義和測(cè)量方法

作者: 時(shí)間:2017-01-04 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

Y 因子法

我們?cè)谶@里要仔細(xì)看一下 Y 因子法。使用噪聲源我們可以得到兩個(gè)噪聲功率的測(cè)量果: 一個(gè)是在噪聲源處在冷 (噪聲二極管是關(guān)閉的) 狀態(tài)下得到的,另一個(gè)是在噪聲源處在熱 (噪聲二極管是打開(kāi)的) 狀態(tài)下得到的。從這兩個(gè)測(cè)量結(jié)果和噪聲源已知的 ENR 的值我們就可以計(jì)算出兩個(gè)變量的結(jié)果 — 被測(cè)放大器的標(biāo)量增益和噪聲系數(shù)。

在對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行測(cè)量的同時(shí),測(cè)量?jī)x表中噪聲測(cè)量接收機(jī)的噪聲也會(huì)被測(cè)量到。為了把這部分附加的噪聲從測(cè)量結(jié)果中去除掉,在測(cè)量開(kāi)始之前需要進(jìn)行校準(zhǔn),校準(zhǔn)的過(guò)程就是把噪聲源與測(cè)量?jī)x表連接起來(lái),測(cè)量?jī)x表內(nèi)噪聲測(cè)量接收機(jī)的噪聲系數(shù)。經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)之后,使用一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)表達(dá)式就可以把被測(cè)器件的噪聲系數(shù)從全部整個(gè)系統(tǒng)的噪聲測(cè)量結(jié)果中提取出來(lái)。這一步驟被叫做第二級(jí)噪聲校準(zhǔn),這是因?yàn)楸粶y(cè)器件噪聲系數(shù)的測(cè)量結(jié)果是基于測(cè)試系統(tǒng)第二級(jí) — 測(cè)試儀表的噪聲測(cè)量接收機(jī) — 的增益和噪聲系數(shù)的值進(jìn)行校準(zhǔn)的。

如果我們把一個(gè)放大器輸出的噪聲功率與其輸入噪聲功率的關(guān)系畫(huà)成圖的話,只要這個(gè)放大器是線性的,那么這個(gè)關(guān)系就會(huì)遵循一條直線的關(guān)系,如圖 3 所示。對(duì)于低噪聲放大器來(lái)說(shuō),這是一個(gè)很好的假設(shè),因?yàn)樗鼈兊哪康木褪欠糯笮⌒盘?hào),它們工作在遠(yuǎn)離放大器壓縮區(qū)的區(qū)域。即便是輸入噪聲為零的情況下,由于放大器內(nèi)部有源電路自身會(huì)產(chǎn)生噪聲的機(jī)理,在放大器的輸出端口上還是會(huì)有一定量的噪聲存在。這個(gè)由放大器自身所產(chǎn)生的噪聲就是噪聲系數(shù)測(cè)量中所要標(biāo)定的量。從圖中我們就可以清楚而容易地看出,為什么在求解放大器的增益 (直線的斜率) 和噪聲系數(shù) (在 Y 軸上的截點(diǎn)) 這兩個(gè)參數(shù)時(shí)需要使用兩個(gè)噪聲功率的測(cè)量結(jié)果。

圖3Y 因子測(cè)量法的圖解

冷源法

我們來(lái)仔細(xì)地看看使用冷源法測(cè)量噪聲系數(shù)的技術(shù)。冷源法的技術(shù)在概念上是很簡(jiǎn)單的,被測(cè)器件的輸入端始終在室溫 (所謂的“冷”負(fù)載) 溫度,只做噪聲功率的測(cè)量,測(cè)量得到的噪聲是被放大了的輸入噪聲再加上放大器或變頻器所貢獻(xiàn)的噪聲。如果可以非常精確地知道放大器的增益 (或變頻器的變頻增益),那么就可以從測(cè)量結(jié)果中把被放大的輸入噪聲去掉,只留下由被測(cè)器件產(chǎn)生的噪聲,由此就可以計(jì)算出噪聲系數(shù)。為了能夠在冷源法測(cè)量中得到很精確的測(cè)量結(jié)果,我們必須要在非常精密的程度上知道被測(cè)器件的增益。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀使用 2 端口矢量誤差校準(zhǔn)技術(shù)和其它先進(jìn)的校準(zhǔn)方法可以達(dá)到冷源測(cè)量法所需要的精度等級(jí),因此,冷源法是非常適合于用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量噪聲系數(shù)的。

和使用 Y 因子法測(cè)量噪聲系數(shù)的方法一樣,冷源法也需要一個(gè)校準(zhǔn)步驟來(lái)表征儀表內(nèi)噪聲測(cè)量接收機(jī)的噪聲系數(shù)和增益。和冷源法一樣,這一步驟也需要一個(gè)噪聲源來(lái)完成; 或者也可以使用一個(gè)功率計(jì)做掃頻測(cè)量來(lái)獲得接收機(jī)的有效噪聲帶寬。在這里需要主意的是,冷源法測(cè)量中所使用的噪聲源或功率計(jì)只是在校準(zhǔn)時(shí)才用到,校準(zhǔn)之后再對(duì)被測(cè)器件進(jìn)行測(cè)試時(shí)就不再需要了。

圖 4 是輸出噪聲功率與輸入噪聲功率的關(guān)系圖,在這里,我們可以單獨(dú)測(cè)量被測(cè)器件的增益而得到這條直線的斜率。接下來(lái)只需要做一次功率的測(cè)量就可以確定這條直線和 Y 軸的交點(diǎn),從而確定該直線在圖中的位置,這樣就可以從中推演出被測(cè)器件的噪聲系數(shù)。

圖4冷源測(cè)量法的圖示

需要主意的是,當(dāng)用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量被測(cè)器件的增益時(shí)可以使用矢量誤差校準(zhǔn),這樣得到的增益的測(cè)量結(jié)果會(huì)比用 Y 因子法測(cè)量得到的結(jié)果更精確。矢量校準(zhǔn)需要對(duì)被測(cè)器件的四個(gè) S 參數(shù)都進(jìn)行測(cè)量,這需要網(wǎng)絡(luò)儀做正向和反向兩次掃描測(cè)量。在后面我們將會(huì)討論怎樣用被測(cè)器件的 S11 和 S22 經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果來(lái)校準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果中的其它誤差項(xiàng)。冷源法測(cè)量放大器噪聲系數(shù)的技術(shù)已經(jīng)被進(jìn)一步開(kāi)發(fā)使之能夠用于測(cè)量輸入信號(hào)的頻率和輸出信號(hào)的頻率不一樣的變頻器件的噪聲系數(shù)。

測(cè)量結(jié)果的不確定性

有幾個(gè)關(guān)鍵因素會(huì)影響到整個(gè)噪聲系數(shù)測(cè)量結(jié)果的不確定性。選擇噪聲系數(shù)測(cè)試方案時(shí),非常重要的一點(diǎn)是要選擇一種能把影響整個(gè)噪聲系數(shù)不確定性諸因素中最主要因素的影響降低到最小的方法。

這些可以影響噪聲系數(shù)測(cè)量結(jié)果不確定性的因素,有一部分可在儀表的技術(shù)指標(biāo)中找到,例如儀表本身測(cè)試結(jié)果的不確定性、超噪聲比(ENR) 的不確定性和抖動(dòng)等。而其它因素則取決于測(cè)試系統(tǒng)與DUT之間的相互作用。例如,由于系統(tǒng)源匹配的不完善(偏離理想的50 歐姆),就會(huì)有兩種誤差來(lái)源。第一個(gè)為失配誤差,這會(huì)導(dǎo)致測(cè)試系統(tǒng)與DUT 之間的能量傳送不理想。第二個(gè)誤差源則來(lái)自于DUT內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲與從DUT一側(cè)看到的源匹配(Γs) 之間的相互作用。下圖比較了Y 因子方法與冷噪聲源方法(PNA-X 所用的方法) 之間噪聲系數(shù)測(cè)量結(jié)果的不確定性。在這個(gè)例子中放大器的噪聲系數(shù)為3dB,增益為15 dB,輸入和輸出匹配為10dB,其噪聲參數(shù)也是比較適中的(Fmin = 2.8dB、Γopt = 0.27 + j0 和Rn= 37.4)。

對(duì)于Y 因子方法,在計(jì)算噪聲系數(shù)測(cè)試結(jié)果的不確定性時(shí)考慮了兩種不同的情況: 一種情況是噪聲源與DUT直接連接; 另一種情況是在噪聲源和DUT 之間有一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)— 用它來(lái)仿真自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)(ATE) 中所用到的各種開(kāi)關(guān)和測(cè)試電纜,以便把它們帶來(lái)的損耗在測(cè)試結(jié)果中校準(zhǔn)掉。在這個(gè)以PNA-X 為例的示意中包也括了ATE 網(wǎng)絡(luò)。

圖5導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不確定性的因素

使用Y因子方法,主要的誤差來(lái)源是噪聲源與DUT之間的失配,以及DUT產(chǎn)生的噪聲與測(cè)試系統(tǒng)之間的相互作用。如果在測(cè)試環(huán)境中增加了ATE 網(wǎng)絡(luò)(在噪聲源與DUT 之間增加了一個(gè)電網(wǎng)絡(luò)— 主要是開(kāi)關(guān)和測(cè)試電纜) 則會(huì)導(dǎo)致更大的誤差。使用PNA-X 的基于源校準(zhǔn)的冷噪聲源方法,最大的誤差來(lái)源是噪聲源的ENR的不確定性,在校準(zhǔn)的過(guò)程中,它會(huì)影響PNA-X的內(nèi)部噪聲接收機(jī)的測(cè)量結(jié)果。


上一頁(yè) 1 2 下一頁(yè)

評(píng)論


技術(shù)專(zhuān)區(qū)

關(guān)閉