基于ATE高效测量射频到基带噪声指数详解.doc
《基于ATE高效测量射频到基带噪声指数详解.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于ATE高效测量射频到基带噪声指数详解.doc(8页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、基于ATE高效测量射频到基带噪声指数详解噪声指数(Noise Figure)主要测量的是组件的信噪比(Signal-to-noise RaTIo, SNR)性能,信噪比是误码率(BER)和载波/噪声比(C/N)等大部分数字通信参数的基础。以往只会针对 (RF)到射频的组件,也就是低噪声放大器(LNA),进行噪声指数测量,但在过去几年,低噪声放大器已被整合到接收器中,将信号从天线端带到模拟或数字基带的单元(I和Q),因此,测试射频到基带架构的噪声指数已经变得越来越普遍。测试射频到基带架构的噪声指数已是射频组件量产测试必经的步骤,为缩短测试时间和降低测试成本,必须在自动化测试设备中导入冷噪声,或使
2、用具任意波形发生能力噪声源的Y系数方法来进行测试。射频到基带的前端电路包含一个与混频器串接的低噪声放大器,混频器可以将射频信号降频转换为基带信号,这样的组合在今日射频组件的大量生产(HVM)测试中,已经相当普遍。虽然测量这些组件的噪声指数所使用的方法与到射频组件的方法相同,但台式测试设备与自动化测试设备,以及射频到射频组件与射频到基带组件之间的运用方式还是有些不同。噪声系数为噪声指数根本噪声指数可测量出组件会带入多少噪声到系统中,在射频到基带的接收器中,通过噪声指数测量,可得知降频转换和放大过程会加入多少的噪声。噪声指数与信噪比这项基本的参数有关,从最早期的音响设备到最新一代的个人通信装置等各
3、种电子应用中,信噪比都是极为重要的参数。 噪声系数(Noise Factor, F)虽然较少使用,却是噪声指数的根本。噪声系数是以线性的格式描述因某个组件所造成的信噪比降低程度:噪声系数是在标准化的参考温度T=T0(IEEE订为290K,约17)下,将输入端的信噪比与输出端的信噪比相除的结果。温度之所以成为一项条件,是因为电子电路中的噪声主要是由组件传导媒介中的电子热扰动(Thermal AgitaTIon)所造成的,又称为热噪声。由图1描绘的方程式(1)可以看出这种噪声对组件的影响:经待测组件(DUT)放大后(增益值为G)的输入功率位准以及待测组件的输出端所增加的噪声降低了信噪比。请注意,输
4、入信号和输入噪声都被待测组件放大,使得两者在待测组件输出端的位准都变高。然而,由于待测组件也会带入一些噪声,因此,输出端的总噪声会大幅提高。信号通过组件后,信噪比降低图1 信号通过半导体组件后,信噪比降低。图中,输入信号(a)的峰值功率不高,且信噪比很理想,但输出信号(b)的峰值振幅变高,同时噪声底线也提高,导致整体的信噪比性能变差。较常使用的术语是噪声指数,一般以NF代表,其定义与噪声系数有关,描述两者关系的方程式如下:噪声指数测量之道测量射频到射频噪声指数的方法有好几种,包括Y系数(Y-factor)、冷噪声(Cold Noise)、双倍功率(Twice-power)等,然而,就主流的射频
5、到基带组件而言,只有其中两种最常使用,分别是Y系数和冷噪声方法,两种方法各有其优点。Y系数测量测量噪声指数的Y系数方法可能是已知最古老的方法,大部分噪声指数量表和分析仪幕后所采用的正是这种方法。测量时,须将一个噪声源灌到待测组件的输入端,然后在待测组件的输出端测量噪声功率。如此来,即可得到噪声功率测量的比值,也就是Y系数,再进一步算出噪声指数。Y系数方法须将噪声源灌到待测组件的输入端,如图2所示。测量时,要先将噪声源的打开再关闭,每一次都要在待测组件的输出端进行一次功率测量。Y系数的定义为热条件与冷条件下所测得之噪声功率(以瓦为单位)的比值:热 条件指的是噪声源的电源为开启状态,并将噪声加到待
6、测组件中,就像利用信号产生器提供电压或电源信号到待测组件的输入端一样。冷条件指的是噪声源的电 源未开启,但还是有连接到待测组件的输入端。几乎所有噪声源的关闭或冷条件状态的标准都提供一个50欧姆的终结负载到待测组件的输入端。图2 将噪声源灌入待测组件中,并通过测试系统测量其输出的噪声功率。A先将噪声源的电源打开,以提供热条件的噪声(相对于其剩余噪声功率比)。B再将噪声源的电源关闭,提供50欧姆的冷条件终结负载到待测组件的输入端。每个噪声源都有其对应的参数,称为剩余噪声功率比(ENR)。剩余噪声功率比是热条件与冷条件之间的功率位准差,比较基准为标准参考温度T0(290K)下的热平衡(Thermal
7、 Equilibrium)噪声功率。经过校准的二极管式噪声源都会注明其剩余噪声功率比值。通过测量得到的Y系数,加上噪声源的剩余噪声功率比,就可以由方程式(4)计算出噪声系数:以及噪声指数(以dB为单位):测试射频到基带组件的噪声指数时,Y通常会远大于1,因此,可以省略掉-1,得到下列简化过的方程式:当使用内建噪声二极管的自动化测试设备、具射频任意波形发生能力的噪声源、或测试载板上有噪声二极管时,常使用方程式(5)和(6)来测量射频到基带的噪声指数。冷噪声测量冷 噪声(或增益)测量方法是另外一种被认为非常符合量产测试需求、适合射频到基带组件采用的方法。做法是将一个50欧姆的终结负载加到待测组件的
8、输入端,然 后测量待测组件的冷条件噪声功率。这种方法也须要测量待测组件的增益值,其优点是,在典型的量产测试程序中,增益测试之后本来就常会接着进行这项测试,这 样一来,只须进行一次测量(噪声功率)即可。有了增益和噪声功率两数值,就可依照方程式(7)计算出噪声系数:或利用方程式(8)得出以dB为单位的结果:B是进行冷条件的噪声功率测量Pcold时所使用的带宽,-174dBm/Hz则是在290K的温度下所伴随出现的热噪声功率,为(1.3810-23-J/K290K)的乘积kT,转换为以dBm为单位的对数格式。Y系数与冷噪声比各有所长Y 系数方法的优点为进行两次功率测量,并利用两次测量结果的比值计算出
9、噪声指数。由于它是以比值的方式计算,使得测量结果为相对的,因此,测量设备的绝对功 率准确度就不是那么重要。其主要的缺点是经常须要使用二极管式、固定剩余噪声功率比的噪声源,当须要测量非常高或非常低的噪声指数值时,会是一大问题。问 题的成因可由方程式(5)来观察,如果噪声指数太大(相对于噪声源的剩余噪声功率比值),则所测量到的热噪声功率值会造成Y接近1,因此,可能会得到不同 于预期的噪声指数。使用二极管式的噪声源时,其剩余噪声功率比是固定的。此剩余噪声功率比可能适合某些组件,但不一定适合其他的组件,特别是如上所述噪声 指数较大的组件。在某些情况下,可以使用具任意波形发生能力的噪声源,这种噪声源可以
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 ATE 高效 测量 射频 基带 噪声 指数 详解
链接地址:https://www.31doc.com/p-3409486.html