噪声系数测试方案分析

eefocus_3860979 · 发表于 2022-8-11 15:24:27

一、关于噪声系数

对于放大器或者其他有源器件，由于本身就会有噪声，输出端信噪比和输入端信噪比不一样，为此，使用噪声系数来衡量放大器本身的噪声水平，公式表示为：噪声系数NF=输入端信噪比/输出端信噪比，单位常用“dB”。噪声系数是表征接收机及其组成部件在有热噪声存在的情况下处理微弱信号的能力的关键参数之一。该系数并不是越大越好，它的值越大，说明在传输过程中掺入的噪声也就越大，反应了器件或者信道特性的不理想。

二、射频领域里噪声系数测试

目前，测量噪声系数的方法主要有两种。最常用的方法称为 Y 因子技术或者热/冷噪声源技术。它使用一个与被测器件输入端直接相连的噪声源，提供两个输入噪声电平。这种方法测试被测器件的噪声系数和标量增益，适用于频谱分析仪和噪声系数分析仪解决方案。Y 因子技术易于使用，特别是当噪声源具有良好的源匹配并且可以与被测器件直接连接时，测试结果的精度极佳。

测试噪声系数的另一种方法称为冷噪声源方法或直接噪声方法。这种方法不是在被测器件的输入端连接一个噪声源，而是只需要一个已知的负载 (通常为 50 Ω)。冷噪声源技术需要单独测量被测器件的增益。这种方法特别适用于用矢量网络分析仪测试噪声系数，因为可以用矢量误差校准的方法来得到非常精确的增益 (S21) 测量结果。使用 PNA-X 网络分析仪时，矢量误差校准技术和 PNA-X 独特的源校准方法相结合，可以得到业界最高的噪声系数测量精度。冷噪声源方法的优点还包括只需与被测器件进行一次连接便可同时测量 S 参数和噪声系数。冷噪声源方法虽然在测试的时候不需要测试源，但是在系统的校准过程中，需要使用噪声源。目前用于测量噪声系数最常见的方法为Y因子方法，使用一个与DUT 的输入端直接相连的噪声源，提供两个输入噪声电平。

Y因子技术易于使用，特别是当噪声源具有良好的源匹配并且可以与DUT直接连接时，测试结果的精度是很好的。测试结构如下图分为噪声源、被测件以及测试仪器组成。在此我们主要针对Y因子这种广泛普及的方法来浅析。

三、针对Y因子测试的不同方案

ESA、EXA、MXA、PSA、PXA、NFA系列都具有噪声系数的测试功能，ESA以及PSA只需配合219选件，X系列的信号分析仪需要配合N9069A即可实现噪声系数测试功能，NFA系列的N8973A、N8974A、N8975A作为专业的噪声分析仪不需要选件。作为搭配有346系列的传统噪声源和SNS系列的智能噪声源可供选择。但是针对不同的测试要求、不同的测试精度以及经济预算的考虑，我们需要认真分析，选择最合理的仪器以及搭配最合理的噪声源。

1、频率范围的要求

ESA系列虽然支持噪声系数的测试，但是只能保证在3GHz以内可以满足严格的技术指标，如果要测试到更高的频率范围，需要使用PSA、MXA、NFA甚至PXA系列来实现。这里着重指出如果使用PSA例如E4440A进行超过3GHz的噪声系数测试，需要有硬件选件110的支持，也就是需要支持全频段的前置放大器，不然噪声系数的测试指标会很不好。因为目前市面上流通的绝大部分E4440A的前置放大器都是1DS，只能支持到3GHz以内，所以用PSA系列来进行高频的噪声系数测试可行性很低。推荐使用带有P26的N9020A配合N9069A选件或者N8975A来实现。

2、噪声源的选择

常用的有346系列的传统噪声源和SNS系列的智能噪声源可以作为搭配用于测试生产。噪声源的指标包括频率范围和ENR值，频率范围很好选择，只要可以覆盖需要测试产品所需的频率范围就可以。ENR（超噪比）值就需要针对的做出选择，常用噪声源的ENR值有6dB和15dB。ENR值比较低时可以把由于噪声检测仪的非线性导致的误差降到最低。如果在仪表检测仪的更小范围(从而也是线性更好的范围) 内进行测量，则此误差还会更小。6dB 的ENR 噪声源所用的检测仪范围比15dB 的ENR 噪声源更小。

6dB ENR 噪声源用于:

测量其增益对源阻抗变化特别敏感的器件

噪声系数非常低的DUT

器件的噪声系数不超过15dB