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噪聲系數(shù)分析儀通常是作為頻譜儀的選件功能,配合標(biāo)準(zhǔn)噪聲源,用Y因子法,測量分析被測件DUT的噪聲系數(shù)。
對于小增益甚至負(fù)增益的DUT,且噪聲系數(shù)大于20dB時(shí),需要噪聲源的超噪比ENR遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)噪聲源貨架產(chǎn)品,文中解釋這種噪聲源的集成制作及其校準(zhǔn)和測量方法。
計(jì)量單位常用衰減器來計(jì)量校準(zhǔn)噪聲系數(shù)分析的準(zhǔn)確度,當(dāng)衰減量值大于20dB時(shí),就需要自制集成標(biāo)準(zhǔn)化超高ENR的噪聲源。
噪聲系數(shù)
噪聲系數(shù)描述被測件DUT內(nèi)部噪聲程度,對信噪比的惡化程度,即輸入信噪比和輸出信噪比的比值:
? F=SNR_in/SNR_out;
? NF(dB) = SNR_in(dB) – SNR_out(dB);
定義噪聲系數(shù)時(shí),輸入噪聲Nin = N0是理想器件在290K時(shí)電子學(xué)熱噪聲功率 -174dBm/Hz。
衰減器的噪聲系數(shù)
依據(jù)上述定義,衰減器的衰減量att(dB),就等于其噪聲系數(shù)。
? 衰減器的輸出噪聲與輸入噪聲相等,Nout = Nin = N0;
? 輸出信號功率 Sout(dB) = Sin – att;
? NF(dB) = Sin/N0 – Sout/N0 = att;
因此,負(fù)增益的DUT的噪聲系數(shù)通常等于其衰減量值。
多級級聯(lián)DUT時(shí):
? F = F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G1G2+…
? 當(dāng)G1>>1時(shí),總噪聲系數(shù)取決于級噪聲系數(shù)F1
? 當(dāng)級為衰減(負(fù)增益),G1<1時(shí),認(rèn)為G1=1/F1
頻譜儀測量噪聲系數(shù) – 標(biāo)準(zhǔn)方法
頻譜儀配合外接噪聲源進(jìn)行噪聲系數(shù)測試:
? 噪聲源的控制端連接頻譜儀的電源和控制接口;
? 噪聲源的超噪比ENR作為參考標(biāo)準(zhǔn)值,在頻譜儀噪聲系數(shù)測量功能中輸入;
? 噪聲源每個(gè)頻率處的ENR,是其熱態(tài)輸出噪聲功率密度,與其冷態(tài)噪聲功率密度的差值,例如,某噪聲源3GHz,溫度290K,冷態(tài)輸出-174dBm/Hz,熱態(tài)輸出-159dBm/Hz,ENR=15;
? 校準(zhǔn):噪聲源射頻口直接連接頻譜儀射頻端口,校準(zhǔn)獲得Y因子以及頻譜儀自身噪聲;
? 測量:將DUT插入連接在噪聲源與頻譜儀射頻口之間,進(jìn)行掃描測量,獲得DUT的噪聲系數(shù)和增益;
? 增益量程:-20~60dB;
? 噪聲系數(shù)量程受限于噪聲源的超噪比ENR:
噪聲源超噪比ENR的測量和校準(zhǔn)
用一個(gè)已知溯源ENR的標(biāo)準(zhǔn)噪聲源,進(jìn)行被校目標(biāo)噪聲源的ENR測量校準(zhǔn):
? 標(biāo)準(zhǔn)噪聲源,可以是上級計(jì)量單位校準(zhǔn)溯源的二極管式噪聲源;
? 標(biāo)準(zhǔn)噪聲源也可以是一對冷熱電阻(如常溫電阻和液氮低溫電阻),溯源到熱力學(xué)溫度;
? (頻譜儀噪聲系數(shù)分析,用標(biāo)準(zhǔn)噪聲源直通校準(zhǔn);
? 更換被校噪聲源,測量和記錄ENR。
超量程方法
噪聲系數(shù)測量不確定度,決定性因素之一是噪聲源的超噪比ENR,佳測量條件:
? ENR – (NF of SA) > 3 dB;
? ENR – (NF of DUT) > 5 dB;
?(NF of DUT) + (Gain of DUT) – (NF of SA) > 5 dB。
當(dāng)DUT噪聲系數(shù)很大而增益很小時(shí):
? 需要在標(biāo)準(zhǔn)噪聲源基礎(chǔ)上集成放大器的噪聲源,實(shí)現(xiàn)超高ENR的噪聲輸出;
? 集成噪聲源ENR大于衰減損耗量值。
測試步驟:
? 用標(biāo)準(zhǔn)噪聲源進(jìn)行直通校準(zhǔn);
? 標(biāo)準(zhǔn)噪聲源連接放大器和匹配衰減器作為整體自制噪聲源;
? 噪聲源的控制電源控制放大器電源的開關(guān),或者切換手動(dòng)模式,人工切換冷態(tài)和熱態(tài)進(jìn)行掃描測量;
? 自制噪聲源直通頻譜儀進(jìn)行ENR測量;
? 將以上ENR實(shí)測值作為自制噪聲源的ENR標(biāo)準(zhǔn)值;
? 以自制噪聲源代替標(biāo)準(zhǔn)噪聲源,進(jìn)行DUT的噪聲系數(shù)測試;
? 測試布置如下圖:
結(jié)語
在學(xué)習(xí)本方案后,將有助您全面了解對噪聲源的超噪比ENR進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn),以及基于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)噪聲源,配合放大器集成高ENR噪聲源進(jìn)行測試。
在整個(gè)測試過程中,您還需要注意噪聲源與放大器電源通斷的同步,確保冷態(tài)時(shí)兩者電源關(guān)閉,熱態(tài)時(shí)打開。
當(dāng)采用大于20dB衰減器,進(jìn)行噪聲系數(shù)分析儀計(jì)量校準(zhǔn)時(shí),特別推薦本方案。
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