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嘉峪檢測網(wǎng) 2022-03-13 01:07
Test Card
有源器件的噪聲系數(shù)是一個(gè)非常重要的指標(biāo),尤其是對(duì)于射頻前端的LNA而言,其決定了整個(gè)接收鏈路的噪聲系數(shù),將直接影響接收靈敏度。因此,噪聲系數(shù)的測試在射頻前端有源器件的研發(fā)過程中尤為重要。目前比較常見的噪聲系數(shù)測試方法有多種,本文將介紹其中最經(jīng)典的方法——Y因子法。
Y因子法測試噪聲系數(shù)需要使用頻譜儀和噪聲源,其與增益法的主要區(qū)別在于,測試過程中可以確定DUT增益,同時(shí)也能夠從測試結(jié)果中去除頻譜儀自身噪聲系數(shù)對(duì)測試引入的影響。
Y因子法測試
Y因子法操作過程分為兩步:校準(zhǔn)和測試。期間需要使用噪聲源為DUT提供噪聲激勵(lì)功率,具有On和Off兩個(gè)狀態(tài),分別對(duì)應(yīng)不同的等效噪聲溫度,頻譜儀可控制噪聲源的開、關(guān)狀態(tài)。
噪聲源具有一定的工作頻率,核心指標(biāo)是ENR,表征產(chǎn)生噪聲功率的能力,其定義為
ENR(dB) = 10lg[(Ton - Toff)/T0]
其中,Ton和Toff分別是噪聲源打開和關(guān)閉時(shí)的等效噪聲溫度。
圖1. 校準(zhǔn)連接示意圖
步驟一:校準(zhǔn)
校準(zhǔn)目的是獲得頻譜儀自身的噪聲系數(shù),直接將噪聲源連接至頻譜儀接口。T0 (290K) 溫度下,在噪聲源關(guān)閉和打開時(shí)頻譜儀測得的功率分別為
Noff = kBT0 × GSA + KBTSA × GSA
Non = kBTon × GSA + KBTSA × GSA
式中,GSA為頻譜儀校準(zhǔn)后的增益,TSA為頻譜儀自身的等效噪聲溫度。
定義Y因子為
Y = Non/Noff = (Ton + TSA)/(T0 + TSA)
分子、分母同時(shí)除以T0可得
Y = (Ton/T0 + TSA/T0)/(1 + TSA/T0)
其中分母就是頻譜儀的噪聲因子FSA,即
FSA = 1 + TSA/T0
則變換后可得
Y = (Ton/T0 - 1)/FSA + 1
FSA = (Ton/T0 - 1)/(Y - 1)
又因室溫為T0,就是噪聲源關(guān)閉時(shí)的等效噪聲溫度,因此上式寫成對(duì)數(shù)形式為
NFSA(dB) = ENR - 10lg(Y - 1)
至此,已經(jīng)完成了頻譜儀自身噪聲系數(shù)的確定。
步驟二:測試
作為最經(jīng)典的噪聲系數(shù)測試方法,Y因子法功能確實(shí)強(qiáng)大,不僅可以完成噪聲系數(shù)的測試,而且還可以完成增益的測試,當(dāng)然,增益測試是噪聲系數(shù)測試的前提。
在這一步中,將會(huì)把DUT和頻譜儀當(dāng)做一個(gè)二級(jí)級(jí)聯(lián)模塊,第一級(jí)是DUT,第二級(jí)是頻譜儀。首先確定總體的噪聲因子,然后再根據(jù)級(jí)聯(lián)公式確定DUT本身的噪聲因子。
圖2. 測試連接示意圖
T0 (290K) 溫度下,在噪聲源關(guān)閉和打開時(shí)頻譜儀測得的功率分別為
Nt,off = kBT0 × Gt + kBTt × Gt
Nt,on = kBTon × Gt + kBTt× Gt
式中,Gt和Tt分別為DUT和頻譜儀總體的增益和等效噪聲溫度。
則Y因子為
Y = Nt,on/Nt,off = (Ton + Tt)/(T0 + Tt)
進(jìn)一步化簡可得
Y = (Ton/T0 - 1)/Ft + 1
Ft = (Ton/T0 - 1)/(Y - 1)
寫為對(duì)數(shù)形式為
NFt(dB) = ENR - 10lg(Y - 1)
以上確定了總體的噪聲系數(shù),根據(jù)級(jí)聯(lián)公式
Ft = FDUT + (FSA - 1)/GDUT
便可以確定DUT的噪聲因子。但是如何確定DUT的增益呢?
利用校準(zhǔn)和測試過程中頻譜儀測得的噪聲功率,便可以按照如下公式確定DUT的增益。
GDUT = (Nt,on - Nt,off)/(Non - Noff)
大家可以嘗試推導(dǎo)一下~~
來源:RFZone