電子元器件低頻電噪聲測試技術及應用研究

陳苗 楊雪

引言

電子元器件在實際中的應用會產生或多或少的噪聲，以噪聲頻域特性作為依據，能夠將電子器件噪聲劃分成白噪聲與有色噪聲；以產生機制作為依據對電子器件噪聲進行劃分，能夠將其分成平衡噪聲及非平衡噪聲[1]。噪聲大小也體現著產品的性能和運行可靠性，所以當前電子元器件噪聲測試方面問題受到了相關領域研究人員的廣泛關注。當前電子元器件噪聲測試方面所采用方法越來越豐富，測試結果也更加精準。

一、電子元器件低頻電噪聲測試技術概述

早在1912年，洛倫茲在開展電子隨機運動研究的同時，也進行了電子元器件和電子系統噪聲測試方面的探究。在這之后，世界各國研究領域人員相繼探索和發現了熱噪聲、散粒噪聲等多種類型噪聲，同時也開展了對噪聲機理及測試方法的深入探索。在最初階段開展的噪聲測試工作，通常會加強模擬測試方式的應用，在實踐工作中所使用的測試系統包括檢波器、濾波器等多個組成部分，在該系統的支持下可以高效地開展電子器件指定頻帶噪聲測試工作。然而從實際情況來看，該測試方法在許多方面都存在比較明顯的缺陷。伴隨著科技的發展和進步，當前的噪聲測試技術已經得到了很大程度的優化，在實踐工作中能夠同時開展噪聲頻域測試與時域測試，技術更具先進性與可靠性。

二、電子元器件噪聲測試技術及實踐應用

（一）噪聲測試偏置技術

圍繞目標測試器件展開相應的外圍匹配設計，利用偏置源促使被測器件保持適宜的測試狀態，之后對被測信號進行輸出，該方法也就是所謂的噪聲偏置。在實踐工作中的應用應確保偏置電路噪聲性能，并且其應該擁有足夠的負載及響應能力。在進行偏置電路設計過程中，通常不會應用有源電子元器件。另外，偏置電路在運行期間同樣會產生或多或少的噪聲，相關設計人員應確保在不對噪聲測量精準性產生影響的情況下，做好偏置電路旁路和濾波處理工作[2]。在實際工作中測試所針對的元器件不同，那么偏置電路同樣會產生相應差異。

現階段的噪聲測試偏置技術通常能夠劃分成交流偏置與直流偏置。

交流偏置。電子元器件噪聲測試方法在實際應用中，通常要求探索電子元器件基于交流偏置情況所產生噪聲特點，針對此種情況，就應該加強交流偏置技術的應用。針對交流偏置電流而言，其一般需要基于放大器才可以實現輸出。通常來說，和電子元器件噪聲進行對比，交流信號所產生噪聲要相對較大，這便容易導致實際中無法精準區分交流偏置和噪聲。所以，應采取針對性措施來盡可能消除交流偏置影響，一般來說通過合理應用橋式電路和鎖相測試技術便能夠達到該目標。交流偏置鎖相測試技術能夠在背景噪聲和熱噪聲的消除方面發揮非常重要的作用，然而對于該測試方法的應用，需要確保電橋處于充分平衡狀態，而要想達到高效果是比較困難的。所以通常僅在樣品噪聲非常低的條件下才會分析是否需要應用該方法開展噪聲測試工作。

直流偏置。其屬于噪聲測試的一個基礎性方法。在實踐測試工作中，需要相關操作人員把電子元器件放置到恒定穩態環境中，之后針對元器件添加相應的直流工作電壓，并且對其進行放大處理，做好輸出端口信號測試工作。在實際開展直流偏置測試過程中，其中的偏置電流主要是由偏置電路產生，同時其也擁有偏置電路控制功能。測試中，電流會從其中一端通過被測器達到另一端，在此期間應確保偏置電路所供應電流并不會產生噪聲或所產生噪聲非常低。同時，為保證測試期間負載調整率相對較低，還應保證偏置電路響應度情況比較良好。在被測器件有電流通過過程中，電流的大小情況也會受器件的直接性影響。如果通過實際測試能夠發現電流變化相對較小，便說明噪聲電壓和器件總電壓相比相對較小。為確保最終測試結果的可靠性和準確性，在直流偏置技術應用過程中還會加強交流耦合技術的使用，促使直流電壓得到進一步放大，實踐操作中，需要把耦合電容和目標測試器件的輸出段進行連接，耦合電容的功能和作用主要表現為隔直流和通交流，所以在耦合電容的支持下，可以實現直流分量的有效隔離，從而為后續的信號放大奠定基礎。

（二）低頻噪聲放大技術

對于電子元器件所產生的噪聲信號來說，其通常相對微弱，為確保噪聲測試的精準性與可靠性，在具體的測試工作中不僅應最大程度控制測試系統產生噪聲，還應采取相應措施將電子元器件噪聲放大，這樣才有利于進一步提高最終測試結果的清晰性。就現階段總體來看，應用比較常見的低噪聲放大技術主要包括雙通道互譜測試與并聯結構低噪聲處理[3]。其中前者是在后者不斷優化的基礎上產生的，從客觀角度來看，電子元器件噪聲信號和測試系統兩者的噪聲信號之間呈現出了比較明顯的非相關性特征，在實際操作過程中利用相關性計算方法，通常可以有效規避測試系統噪聲信號給電子元器件噪聲信號帶來的影響，這樣便能夠達到測試系統背景噪聲降低效果。通過對雙通道互譜測試技術的應用，無需對放大器自身噪聲作出任何調整，便可以很大程度減小放大噪聲對最終測試結果造成的影響，然而在具體操作和使用期間，還應做好測試放大器和相應頻譜分析設備的配置工作，其中測試放大器的數量為2，并且應保持兩個測試放大器之間的獨立性。頻譜分析設備應該可以在互譜測量方面發揮作用，這些條件都會對該測試技術的廣泛應用產生限制。

因為雙通道互譜測試技術的實際應用在一些方面存在缺陷，所以相關領域研究人員便圍繞單通道測試環境中放大器低噪聲化技術展開了更為深入的研究和探索，進而開發了一些新的技術方法，包括SR570、PARC113等，通過對這些方法的應用，能夠很大程度降低電子元器件噪聲，在現階段的應用比較常見[4]。然而這些方法在低噪聲二極管、納米器件的測試方面的應用仍存在不足，針對這些電子元器件展開的低頻噪聲測試工作，無法為最終測試結果的精準性提供保障。針對此種情況，一些研究人員積極探索將并聯結構作為基礎的噪聲測試方法，通過對該技術手段的應用，可以使放大器背景噪聲很大程度降低，然而該方法在充分發揮優勢的同時，同樣也會存在相應不足，在實踐工作中的應用容易導致電流噪聲增加，同時此方面的增加量和并聯總數之間存在相關性，所以在開展低阻抗樣品噪聲測試過程中該方法才具有適用性。

（三）數據采集技術

在實際開展電子元器件低頻噪聲測試工作過程中，噪聲數據采集是其中非常關鍵的一項工作內容，在A/D轉換前提下，數據采集技術在速度、效率及實時性等方面都具有非常顯著的優勢。在Labview軟件平臺支持下，進行了DMA雙緩沖技術和數據采樣技術的開發。其中前者在實際操作中需要在數據通過集卡寫入循環緩沖時實施雙緩沖操作，其中的一些數據能夠上傳到計算機內傳輸緩沖中，之后用戶會結合實際程序需求情況來進行數據的處理，循環緩沖在達到第二部分的情況下，數據寫滿時，便會自動化進行轉回，從而在第一部分接著寫，在這樣的情況下，會將原始數據覆蓋，并且在此過程中第二部分數據能夠接著向計算機進行傳輸，這樣便可以確保用戶所獲取數據流的連續性，實踐工作中通過對該數據采集方法的應用，所采集的所有低頻噪聲數據都具有連續性，然而這也會給數據傳輸速度產生相應影響，特別是在數據量較大時，數據傳輸速度會嚴重降低。

（四）噪聲數據處理技術

上述各環節工作結束后，便可以獲取比較完善的電子元器件低頻電噪聲信號，在此基礎上，還應對噪聲信號展開更為深入的分析，同時制定合理可行的處理措施，最終進行總結。針對所收集的電噪聲信號，通過傅里葉變化后，基于相應頻域范圍對其特性進行分析和研究。例如針對RTS噪聲，圍繞所收集的相關數據開展提取工作，并做出相應分析：傳統模式下針對RTS噪聲開展分析工作，所采取方式為RTS信號中的一段，在此基礎上合理分析高低電流對應時間及幅度，在實際操作中如果涉及測量精度分析方面的工作，還應該采用手工方式來進行多段數據分析均值的提取。通過對此種方式的應用，最終的運算點數具有較高價值，同時最終獲取的分析結果和低頻擾動之間存在著密切聯系。所以在數字濾波基礎上的噪聲方法，在進行數據處理時，差分處理會給低頻擾動帶來相應影響，導致低頻擾動被消除，針對此種情況，采用大量數據擬合方式，有利于使其精度進一步提高，并且還可以采用相應數據統計方式，實現高低電流段中高頻干擾及低頻干擾的有效消除。

（五）測試技術應用

系統設計。實踐工作中為確保測試技術應用效果，還應該展開專門測試工作。對于此方面的測試，最終目的是對測試噪聲有效性作出精準性評估[5]。實際操作過程中，將電阻器視為實驗的針對目標。對測試系統進行相應劃分，主要能夠將其分成硬件和軟件。測試操作進行時，軟件的基礎性功能就是利用虛擬儀器提高對測試過程的控制效果。硬件在測試中的應用，需要對電壓進行相應調整，促使其發生改變，這樣便能夠對硬件適應范圍及閾值大小進行精準性測試，測試工作中所使用的硬件包括放大器、計算機等，在測試工作完成之后，噪聲頻譜便會自動體現在虛擬儀器上，然后采用相應計算方式便可以獲取最終結果。

噪聲測試。在實際測試操作進行中，電阻器通常會作為實驗主要對象，電阻器主要有薄膜與厚膜兩種類型。對于當前的電子元器件來說，薄膜電阻器與厚膜電阻器的應用都比較常見。為確保最終所獲取測試結果的精準性與可靠性，在實際操作過程中還應將兩種類型電阻器共同設置成實驗樣本，促使其在實驗過程中的作用和價值得到充分發揮。需要對薄膜電阻器與厚膜電阻器分別進行多種電阻大小的選擇。在此基礎上，參與試驗的人員還應對變量控制給予足夠重視，有針對性地做好變量控制，實踐操作中應使用兩臺儀器，并且反復進行評測，通常來說應將評測次數控制為五次，最終進行計算來獲取平均值，將其作為最終的實驗結果進行使用，得出相應結論。

測試結論。在測試工作完成之后，從多角度出發進行分析，最終得出以下結論：第一，電阻器噪聲的產生和電阻之間存在著密不可分的聯系，在電阻相對較大的情況下，其所產生噪聲指數同樣相對較大，兩者表現為正比關系；第二，將薄膜電阻和厚膜電阻之間進行相應對比，基于電阻同等條件，薄膜電阻產生的噪音要相對較小，而厚膜電阻噪聲要明顯更多；第三，在實際開展電子元器件低頻電噪聲測試工作過程中，偏置技術、放大技術等都有自身的優勢和缺陷，實踐工作中應確保這些技術選擇的靈活性和針對性，促使技術的作用得到充分發揮，通過獲取更具精準性與可靠性的測試結果，為實際的生產生活提供重要指導。為實現對電子元器件低頻噪聲的高效控制，還可以實現上述幾種技術的綜合應用，并且還應該重視對先進技術的開發，從整體上提高技術應用水平。

結束語

綜上所述，針對電子元器件而言，低頻噪聲測試技術在其中的應用具有必要性，在促進我國電子元器件生產領域發展方面表現出積極意義，并且提高噪聲控制效果，還能夠為我國電子元器件制造行業的發展提供支持，根據對先進測試技術的應用獲取電子元器件噪聲結果，可以對電子元器件相關問題展開深入洞察及分析，提高電子元器件缺點的檢測率。就現階段來看，電子元器件在我國各行業、各領域中的應用程度越來越高，加強電子元器件質量檢測具有必要性。所以，應積極加強低頻噪聲測試技術在實際測試工作中的滲透，為電子元器件性能優化提供支持。