軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源的設(shè)計(jì)

李娜，尚恒

（陜西省電子技術(shù)研究所，陜西西安，712000）

0 引言

軍用電子元器件檢測(cè)篩選是保證其質(zhì)量可靠性的關(guān)鍵途徑，考慮到軍用電子元器件內(nèi)部在檢測(cè)篩選的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲，通常可分為白噪聲或者有色噪聲。白噪聲在軍用電子元器件檢測(cè)篩選中的表現(xiàn)形式為單調(diào)、有規(guī)律性，其功率譜密度為常數(shù)[1]。有色噪聲是白噪聲由于受信道頻率的影響而形成的，其在軍用電子元器件檢測(cè)篩選中的表現(xiàn)形式為功率譜密度函數(shù)不平坦[2]。因此，軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源會(huì)對(duì)軍用電子元器件檢測(cè)篩選精度造成干擾，必須通過(guò)相應(yīng)的識(shí)別方式，進(jìn)行軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源的設(shè)計(jì)。以往針對(duì)此方面的研究在學(xué)術(shù)界并不多見(jiàn)，主要是在軍用電子元器件檢測(cè)篩選研究中出現(xiàn)，且篇幅占比較少。由此可見(jiàn)，針對(duì)軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源的專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)是有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值的。基于此，本文提出軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源的設(shè)計(jì)。

1 軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源特性

為分析軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源特性，必須明確噪聲源輻射原理[3]。在軍用電子元器件檢測(cè)篩選過(guò)程中必然會(huì)產(chǎn)生諧波，且諧波特性屬于高次諧波，高次諧波具有高頻的特性，能夠在限定范圍內(nèi)發(fā)射高頻電磁波，進(jìn)而產(chǎn)生噪聲源。軍用電子元器件檢測(cè)篩選的功率越高，噪聲輻射越大；反之，則越小。軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源的傳播方式，是噪聲輻射獨(dú)具的特性。基于高頻電磁波的傳導(dǎo)與輻射特性，可通過(guò)電路耦合以及電磁輻射的方式傳播噪聲輻射。通過(guò)分析軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源特性，明確軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源主要產(chǎn)生的位置以及傳播方式，為下文設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)路徑支持。

2 軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源的設(shè)計(jì)

本文針對(duì)軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源設(shè)計(jì)流程，如圖1所示。

圖1 軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源的設(shè)計(jì)流程

結(jié)合圖1所示，下文將針對(duì)圖中4步主要流程加以詳細(xì)闡述，具體內(nèi)容如下。

2.1 采集噪聲源輻射多元數(shù)據(jù)

在本文研究中，采用AD裝換的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，采集噪聲輻射多元數(shù)據(jù)。以軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源采樣范圍、量化精度以及采樣率為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定AD量化精度為17bit，以200kS/s進(jìn)行采樣[4]。在此過(guò)程中，在第一部分寫(xiě)滿(mǎn)之后通過(guò)循環(huán)緩沖的方式進(jìn)入第二部分，第二部分錄入后會(huì)自動(dòng)覆蓋原始數(shù)據(jù)，并將其送至緩沖，通過(guò)此過(guò)程中的反復(fù)迭代，為軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源的設(shè)計(jì)提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)流，最大限度上保證其數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性。但由于考慮到時(shí)間間隔問(wèn)題，在采集時(shí)很容易出現(xiàn)信號(hào)中斷，采集噪聲源輻射多元數(shù)據(jù)時(shí)間間隔示意圖，如圖2所示。

圖2 采集噪聲源輻射多元數(shù)據(jù)時(shí)間間隔示意圖

結(jié)合圖2所示，為防止在采集時(shí)出現(xiàn)信號(hào)中斷的問(wèn)題，可以采用數(shù)據(jù)流盤(pán)技術(shù)，寫(xiě)入噪聲源輻射多元數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多部分?jǐn)?shù)據(jù)之間的共享功能，保證噪聲源輻射多元數(shù)據(jù)采集吞吐率。

2.2 噪聲源數(shù)據(jù)處理

以上述采集到的噪聲源輻射多元數(shù)據(jù)為依據(jù)，為保證信號(hào)源設(shè)計(jì)對(duì)于精度的要求，需要對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)的處理操作。在軍用電子元器件檢測(cè)篩選一定頻域內(nèi)，設(shè)噪聲源數(shù)據(jù)中白噪聲與1/f噪聲擬合的計(jì)算表達(dá)式為S(f)，則有公式（1）。

公式（1）中，A指的是噪聲源數(shù)據(jù)中的有色噪聲幅度；B指的是噪聲源數(shù)據(jù)中的白噪聲幅度；f指的是轉(zhuǎn)折頻率；γ指的是頻率指數(shù)因子；C指的是噪聲源數(shù)據(jù)特征；f0指的是噪聲分量；α指的是指數(shù)因子。通過(guò)公式（1），得出噪聲源數(shù)據(jù)中白噪聲與1/f噪聲擬合結(jié)果，以此作為噪聲源數(shù)據(jù)處理結(jié)果，并輸出。

2.3 確定噪聲源輻射邊界條件

在完成噪聲源數(shù)據(jù)處理后，可以通過(guò)控制軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源輻射。本文運(yùn)用疊加原理，確定軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源輻射邊界條件。其中，設(shè)一個(gè)噪聲源在電阻上產(chǎn)生的瞬時(shí)電流值為w；另一個(gè)噪聲源在電阻上產(chǎn)生的瞬時(shí)電流值為w。將其相加確定軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源輻射邊界條件[5]。假定噪聲源輻射時(shí)的電壓動(dòng)勢(shì)集合為v= 1 ,2,...,n，設(shè)噪聲輻射邊界為U，可得公式（2）。

公式（2）中，b指的是噪聲輻射點(diǎn)電阻值，w、b均為實(shí)數(shù)。將噪聲輻射邊界條件用U? (w?x) ?b來(lái)表示，可得公式為 ：

公式（3）中，IA指的是噪聲輻射時(shí)電壓最小對(duì)稱(chēng)分量；IB指的是噪聲輻射時(shí)電流最大對(duì)稱(chēng)分量。通過(guò)公式（3），確定噪聲輻射邊界條件是對(duì)稱(chēng)分量的概率質(zhì)量函數(shù)最大值與最小值。

2.4 提取檢測(cè)篩選中噪聲源背散射系數(shù)

在確定噪聲源輻射邊界條件的基礎(chǔ)上，本文提取檢測(cè)篩選中噪聲源背散射系數(shù)[6]。首先，測(cè)試出軍用電子元器件檢測(cè)篩選中的背景噪聲；而后，確定軍用電子元器件的最高溫度以及最小電流，并記錄不同偏壓下的電流噪聲系數(shù)，如表1所示。

表1 不同偏壓下的電流噪聲系數(shù)

結(jié)合表1所示，利用低噪聲化技術(shù)轉(zhuǎn)換不同偏壓下的電流噪聲系數(shù)，獲取散粒噪聲信號(hào)時(shí)間序列和頻譜，通過(guò)噪聲前置放大器，提取檢測(cè)篩選中噪聲源背散射系數(shù)，實(shí)現(xiàn)軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源的設(shè)計(jì)。

3 實(shí)驗(yàn)

3.1 前期準(zhǔn)備

構(gòu)建實(shí)驗(yàn)，選取某軍用電子元器件作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑闇y(cè)試軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用情況。首先，使用本文方法設(shè)計(jì)電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源，通過(guò)MATALB記錄噪聲源功率譜密度，設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組；再使用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源，同樣通過(guò)MATALB記錄噪聲源功率譜密度，設(shè)置為對(duì)照組。本文實(shí)驗(yàn)中，選取的對(duì)比指標(biāo)為兩種設(shè)計(jì)下測(cè)得的噪聲源功率譜密度，測(cè)得的噪聲源功率譜密度越高，證明該方法針對(duì)軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源的設(shè)計(jì)性能越好。設(shè)定實(shí)驗(yàn)次數(shù)為10次，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

噪聲源功率譜密度測(cè)試結(jié)果對(duì)比表，如表2所示。

表2 噪聲源功率譜密度測(cè)試結(jié)果對(duì)比表

由表2中實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，實(shí)驗(yàn)組噪聲源功率譜密度顯著高于對(duì)照組，證明軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源設(shè)計(jì)的實(shí)效性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源，明確噪聲源的關(guān)鍵特征參數(shù)，為提高軍用電子元器件檢測(cè)篩選精度提供一定的幫助。考慮到軍用電子元器件檢測(cè)篩選中噪聲源設(shè)計(jì)會(huì)受到外界因素的干擾，因此，需要采取合適的步驟進(jìn)行除雜降噪，并且在檢測(cè)篩選過(guò)程中，應(yīng)注意檢測(cè)篩選流程應(yīng)當(dāng)按照標(biāo)準(zhǔn)化方式實(shí)施，避免檢測(cè)篩選結(jié)果由于操作不當(dāng)出現(xiàn)與實(shí)際不匹配的問(wèn)題。除此之外，在后續(xù)的研究中還需要進(jìn)一步對(duì)軍用電子元器件的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行深入分析。