噪声系数测试仪－选型指南

噪声系数选型指南 - 将噪声系数不确定度降至最低

目录

• 将噪声系数不确定度降至最低 - 2
• 噪声系数概述 - 3
• 测量不确定度 - 4
• 噪声系数测量系统的组成 - 5
• 噪声系数分析仪 - 10
• X 系列信号分析仪（PXA/MXA/EXA/CXA） -  11
• PNA-X 微波网络分析仪  - 13
• SNS 系列智能噪声源  - 14
• 346 系列传统噪声源 - 15
• 噪声源测试仪  - 17
• 其他资源  - 18

将噪声系数不确定度降至最低

噪声系数是表征接收机的关键参数之一，此外还可以表征接收机在自身所生成的噪声干扰下探测微弱输入信号的能力。想要降低噪声系数，首先要全面地了解元器件、子系统和测试装置的不确定度。这些未知因素的量化分析，必须依赖能够提供精确、可靠结果的灵活型工具。

是德科技噪声系数解决方案组合包含丰富的仪器、应用软件和附件，可帮助您优化测试装置并识别多余的噪声源。我们提供噪声系数测试解决方案已有 50 多年的历史，从最初只是提供基础型噪声计，发展到目前能够提供基于频谱分析仪、网络分析仪和噪声系数分析仪的现代化解决方案。

本选型指南的第 3 页到第 9 页简要介绍了噪声系数的基本知识。第 10 页到第 19 页展示了我们当前的产品线，并将帮助您找到更适合自身应用的解决方案，无论您的目标是设计出性能合格、良好还是优秀的器件。相关资源参见第 20 页。我们发布了一个系列七篇应用指南，它们将能够帮助您更深入地了解噪声系数及其固有挑战。

噪声系数概述

噪声系数作为接收机表征的关键参数之一，主要表征接收机及其更低级别组成元件在有热噪声存在的情况下处理微弱信号的能力。例如，在测量低噪声放大器（LNA）时，噪声系数描述的是由于 LNA 中的有源器件在内部产生噪声而导致的信噪比下降。噪声的精确测量对于产品的设计和开发都非常关键。高度精确的测量可以保证仿真结果与真实测量结果之间有更高的一致性，并有助于发现在仿真过程中没有考虑到的噪声来源。在为您的应用选择更适合的测量仪器之前，您必须了解两个关键问题：如何实施噪声系数测量，以及这些测量中固有的不确定度有多高。噪声系数测量的不确定度不仅取决于测试设备，同时也与被测器件（DUT）的特征有关系，例如 S 参数和噪声参数。

当前测量噪声系数的方法主要有两种。最常用的方法称为 Y 因子法或者冷热源法。它使用一个与被测器件输入端直接相连的噪声源，提供两个输入噪声电平。这种方法测试被测器件的噪声系数和标量增益，适用于频谱分析仪和噪声系数分析仪解决方案。Y 因子法很容易使用，特别是当噪声源具有良好的源匹配并且可以与被测器件直接连接时，测量精度相当高。测试噪声系数的另一种方法称为冷源法或直接噪声法。这种方法不是在被测器件的输入端连接一个噪声源，而是只需要一个已知的端接负载（通常为 50 Ω）。但是，冷源法需要单独测量被测器件的增益。这种方法特别适用于用矢量网络分析仪测量噪声系数，因为可以用矢量误差校正来得到非常精确的增益（S21）测量结果。使用 PNA-X 信号分析仪时，将矢量误差校正与 PNA-X 独特的源校正方法相结合，可以得到更高的噪声系数测量精度。冷源法的优点还包括只需与被测器件进行一次连接，便可同时测量 S 参数和噪声系数。在系统校准过程中，需要使用噪声源。

测量不确定度

有多种关键因素会影响到整体噪声系数测量不确定度。选择噪声系数测试解决方案时，最好选择能够尽量减少整体噪声系数不确定度主要因素的方法。这些影响因素有的可在仪器的技术指标中找到，例如仪器本身的不确定度、超噪比（ENR）和抖动。有的因素则是由测试系统与被测器件之间的相互作用决定。例如，由于系统源匹配没有达到完美状态（偏离理想情况下的 50 Ω），从而产生两个误差源。第一个为失配误差，由测试系统与被测器件之间不理想的能量传递导致。另一个误差源来自被测器件内部产生的噪声与被测器件受到的源匹配（Γs）之间的相互作用。图 1 对 Y 因子法与冷源法的噪声系数测量不确定度做了比较。在这个例子中，放大器的噪声系数为3 dB，增益为 15 dB，输入和输出匹配为 10 dB，其噪声参数也比较适中（Fmin = 2.8 dB，Γopt = 0.27 + j0，Rn = 37.4）。对于 Y 因子法，不确定度采用两种不同方式计算：一种是噪声源与被测器件直接连接；另一种是在噪声源和被测器件（具有损耗校正）之间放置一个电网络，用它来仿真自动测试系统（ATE）中的开关和电缆。这个 PNA-X 示例就包括ATE 网络。

被测器件不确定度

在可以使用低 ENR 噪声源（如N4000A 或 346A）且噪声源可以直接连接被测器件时，Y 因子法的测量精度很高。对于很多器件而言，这种方式能够提供经济高效、准确无误的噪声系数测量。但是，如果这些条件无法满足，那么测量不确定度通常会增加。PNA-X 采用更先进的误差校正方法，在任何条件下都能提供出色的测量精度，尤其适合夹具内、晶圆上或自动化测试环境，而在这样的环境中，Y因子法的测量不确定度通常很高。PNA-X 同时还能执行其他测量，如 S 参数、压缩和互调失真。当被测器件匹配良好和相对不易受到源匹配不理想（偏离理想情况下的 50 Ω）的影响时，测量不确定度由技术资料中的技术指标决定。在其他情况下，例如当测量匹配度非常差的器件或使用晶圆探头时，非理想的系统源匹配会产生两种误差源，可能带来非常大的误差。一种是失配误差，由测试系统重新反射的反射噪声功率引起，会导致测量结果出现波动。另一种误差源来自被测器件内部产生的噪声与提供给被测器件的源匹配（Γs）之间的相互作用。

噪声系数测量系统的组成

一个系统的总体噪声系数来自三个独立部分：用于测量噪声系数的仪器、测量或校准时所用的噪声源，以及被测器件。Y 因子法是大多数噪声系数测量使用的基本方法。在进行校准和测量时，它用一个噪声源来确定被测器件内部产生的噪声。与之相比，冷源法只在校准时使用噪声源，如图 2 所示。

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