關(guān)于電子元器件低頻電噪聲測試技術(shù)及應(yīng)用分析

王偉林

（天津三星通信技術(shù)研究有限公司，天津 300385）

近些年來，隨著社會(huì)各領(lǐng)域技術(shù)水平的不斷提升，電子元器件的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。元器件是否存在缺陷，是決定其性能的主要因素。因此，為延長元器件的使用壽命，對其缺陷進(jìn)行檢測，則成為了主要路徑。

研究發(fā)現(xiàn)，典型的I/f噪聲，多由元器件缺陷的馳豫形成。可見，噪聲與缺陷息息相關(guān)。對電子元器件低頻電噪聲測試技術(shù)及應(yīng)用問題進(jìn)行分析，必要性較強(qiáng)。

1 電子元器件低頻電噪聲模型及測試參數(shù)

電子元器件低頻電噪聲模型，包括熱噪聲、散粒噪聲、G-R噪聲、I/f噪聲，以及RTS噪聲模型等多種[1]。以典型的I/f噪聲模型為例，該模型的電壓功率譜密度如下：

式中，I代表電流；f代表頻率；B代表電子元器件的結(jié)構(gòu)；β代表電流因子。通過公式可以看出，I/f模型，具有頻率涉及范圍廣的特征。且I功率譜密度越小，頻率的廣度越大[2]。電子元器件測試參數(shù)，包括輸出噪聲、輸入噪聲等。其中，噪聲的傳輸函數(shù)如下：

式中，A代表傳遞函數(shù)；μ0為輸出電壓；μf為輸入電壓；f為頻率。借助上述公式，既可掌握所測試的噪聲的傳輸特征。

2 電子元器件低頻電噪聲測試技術(shù)及應(yīng)用方法

2.1 電子元器件低頻電噪聲測試技術(shù)

2.1.1 偏置技術(shù)

偏置技術(shù)包括直流、交流，以及低噪聲偏置技術(shù)三種。以低噪聲偏置技術(shù)為例，噪聲測試過程中，如偏置源噪聲較小，而元器件的噪聲較大，則可采用低噪聲偏置技術(shù)，對噪聲進(jìn)行測試。測試過程中，有關(guān)人員需準(zhǔn)備好鎳氫電池組。如需加大電壓，則應(yīng)采用串聯(lián)的方式，對電池組進(jìn)行連接。反之則否。采用該方案進(jìn)行噪聲測試，必須同時(shí)進(jìn)行低通濾波。以最大程度降低電源噪聲，避免對元器件噪聲測試結(jié)果的準(zhǔn)確度造成影響。

2.1.2 放大技術(shù)

放大技術(shù)包括雙通道互譜技術(shù)，以及擴(kuò)頻測試技術(shù)等。以擴(kuò)頻測試技術(shù)為例：如電子元器件的電阻較高，噪聲測試難度往往較大。此時(shí)，可將電流放大器，應(yīng)用到測試過程中。通過與電壓放大器并聯(lián)的方式，使微弱的電流噪聲，能夠被放大，降低測試難度。但需注意的是，電流放大器的帶寬增益，一般為恒定值。因此，一旦放大倍數(shù)加大，必然影響帶寬。此時(shí)，建議通過擴(kuò)頻的方式，對電流放大器進(jìn)行處理，提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確度。

2.1.3 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集技術(shù)，包括DMA雙緩沖技術(shù)，與數(shù)據(jù)流盤技術(shù)兩種。以DMA雙緩沖技術(shù)為例，該技術(shù)由總線主控DMA技術(shù)，與雙緩沖技術(shù)兩部分構(gòu)成。采集數(shù)據(jù)時(shí)，有關(guān)人員可借助D2K-LVIEW庫，對數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。并將其傳輸至系統(tǒng)當(dāng)中，以供使用。該技術(shù)的優(yōu)勢，在于能夠有效擴(kuò)大數(shù)據(jù)采集規(guī)模，提高數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性。當(dāng)?shù)谝徊糠志彌_區(qū)域，執(zhí)行緩沖操作時(shí)。第二部分緩沖區(qū)域，可替代其執(zhí)行下一步操作，從而提高數(shù)據(jù)采集效率。當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成后，對其噪聲進(jìn)行處理，既可得到最終的噪聲測試結(jié)果。

2.2 測試技術(shù)的應(yīng)用

2.2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為判斷上述電子元器件低頻噪聲測試技術(shù)，是否能夠測出噪聲。本課題以電阻器為例，通過實(shí)驗(yàn)的方式，對其噪聲進(jìn)行了測試。測試系統(tǒng)由硬件，以及軟件兩部分構(gòu)成。其中，硬件包括低噪聲適配器、放大器、計(jì)算機(jī)及電源四方面內(nèi)容。軟件需采用虛擬儀器技術(shù)，借助圖形化操作界面，對測試的過程進(jìn)行優(yōu)化控制。控制完成后，系統(tǒng)會(huì)自行生成噪聲、總噪聲頻譜。通過對噪聲系數(shù)的計(jì)算，既可得到噪聲測試的最終結(jié)果。

2.2.2 噪聲測試

電阻器包括薄膜與厚膜電阻器兩種，兩種電阻器，在電子元器件中，應(yīng)用均較為廣泛。為提高噪聲測試結(jié)果的準(zhǔn)確度，本課題分別選取兩種電阻器作為樣本，進(jìn)行了噪聲測試。其中，薄膜電阻器電阻，包括20kΩ、100kΩ、500kΩ與1MΩ四種。厚膜電阻器電阻，則包括10、100、10kΩ、20kΩ、100kΩ、500kΩ與1MΩ等幾種。電阻器選擇完成后，實(shí)驗(yàn)人員需在每個(gè)樣品中，選出兩臺(tái)儀器，分別測試5次。得到的平均值，則為最終測試結(jié)果。

2.2.3 測試結(jié)果

通過對測試結(jié)果的觀察，得到數(shù)據(jù)如下：（1）樣品1：電阻值20kΩ時(shí)，薄膜電阻噪聲指數(shù)為-37.51dB，厚膜電阻噪聲指數(shù)為-12.41dB；電阻值1MΩ時(shí)，薄膜電阻噪聲指數(shù)為-22.16dB，厚膜電阻噪聲指數(shù)為-13.17dB。（2）樣品2：電阻值20kΩ時(shí)，薄膜電阻噪聲指數(shù)-37.89dB，厚膜電阻為-12.30dB；電阻值1MΩ時(shí)，薄膜電阻噪聲指數(shù)為-22.50dB，厚膜電阻為-13.20dB。對比發(fā)現(xiàn)，根據(jù)電阻值的不同，薄膜及厚膜電阻的噪聲指數(shù)各不相同。

2.2.4 測試結(jié)論

通過對測試結(jié)果的觀察發(fā)現(xiàn)：（1）電阻器的噪聲指數(shù)，與其電阻值顯著相關(guān)。隨電阻值的增加，噪聲指數(shù)明顯上升。（2）與薄膜電阻相比，厚膜電阻的噪聲指數(shù)，一般更大。（3）借助偏置技術(shù)、放大技術(shù)，以及數(shù)據(jù)采集技術(shù)所開發(fā)的，電子元器件低頻電噪聲測試技術(shù)，能夠有效測出噪聲指數(shù)。在生產(chǎn)制造等領(lǐng)域，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)束語

綜上所述，對電子元器件低頻噪聲測試技術(shù)，及其應(yīng)用問題的研究，為我國電子元器件生產(chǎn)領(lǐng)域，以及制造領(lǐng)域提供了參考。不僅解決了元器件缺陷檢測準(zhǔn)確率低的問題，同樣也為我國各行業(yè)技術(shù)水平的提高，奠定了基礎(chǔ)。對此，我國各領(lǐng)域，應(yīng)積極借鑒該技術(shù)，并對其進(jìn)行普及應(yīng)用。使各類電子元器件的性能與質(zhì)量，能夠得到進(jìn)一步的提高。