Test Card

有源器件的噪聲系數(shù)是一個非常重要的指標，尤其是對于射頻前端的LNA而言，其決定了整個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，同時也能夠從測試結(jié)果中去除頻譜儀自身噪聲系數(shù)對測試引入的影響。

Y因子法測試

Y因子法操作過程分為兩步：校準和測試。期間需要使用噪聲源為DUT提供噪聲激勵功率，具有On和Off兩個狀態(tài)，分別對應(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)閉時的等效噪聲溫度。

圖1. 校準連接示意圖

步驟一：校準

校準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)閉時的等效噪聲溫度，因此上式寫成對數(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因子法功能確實強大，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，將會把DUT和頻譜儀當(dāng)做一個二級級聯(lián)模塊，第一級是DUT，第二級是頻譜儀。首先確定總體的噪聲因子，然后再根據(jù)級聯(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)

進一步化簡可得

Y = (Ton/T0 - 1)/Ft + 1

Ft = (Ton/T0 - 1)/(Y - 1)

寫為對數(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~~