Измерение шумовых характеристик
Шум возникает естественным образом в любом активном полупроводниковом устройстве или цепи и ограничивает минимальный уровень полезного сигнала. Например, в микросхеме мобильного телефона существующий шум может создавать такие помехи, что при слабом сигнале сети вызов может просто прерваться.
Для решения подобных проблем важно разрабатывать схемы с минимальным значением шума. Это значение необходимо количественно оценить и измерить в виде следующих параметров шума: коэффициента шума (Кш, Fmin, Gamma opt (mag и phase) и Rn.
Тюнеры импеданса зачастую также используются совместно с анализаторами коэффициента шума (или альтернативными приборами измерения шума) для измерения коэффициента шума и/или мощности шума на определённых значениях входного импеданса испытуемого устройства (ИУ), из которого в дальнейшем и извлекаются параметры шума.
Термин «коэффициент шума» Кш - это часто упоминаемый параметр применимый к малошумящим усилителям (МШУ), и, чаще всего, относится ко вкладу шума ИУ при значении импеданса в 50 Ом. Кш устройства при этом импедансе можно напрямую измерить с помощью системы измерения параметров шума или экстраполировать из контуров коэффициента шума. Прямое измерение этого параметра достигается за счет использования в измерительной цепи ИУ тюнера импеданса, значение импеданса которого выставлено в 50 Ом, и измерения соответствующего Кш (примечание: тюнер может корректировать импеданс системы, отличный от 50 Ом).
Экстраполяция коэффициента шума является стандартным функционалом в системе измерения параметров шума и использует математически рассчитанные контуры для расчета ожидаемого вклада Кш при импедансе в 50 Ом.
Сверхбыстрые" шумовые параметры
Новый метод измерения параметров шума позволяет сократить общее время калибровки и измерений в 100X – 400X раз, которые раньше могли занимать от десятков или сотен часов. Этот метод имеет две ключевые особенности, способствующие значительному увеличению скорости:
1) тюнер характеризуется одним набором состояний (физических положений зонда тюнера), которые выбираются так, чтобы обеспечить разумный разброс импеданса по интересующей полосе частот;
2) измерение мощности шума выполняется по частотному диапазону в каждом состоянии, так что зонд тюнера перемещается в каждое положение только один раз. Это позволяет использовать преимущества быстрого свипирования по частотам в современных измерительных приборах, а также экономить время за счет минимизации перемещений зонда тюнера.
Высокая скорость измерений по максимуму исключает влияние возможного температурного дрейфа, а использование ВАЦ с внутренним приемником шума сильно упрощает и делает последовательной работу в случае одновременного измерения большого количества параметров МШУ.
Таким образом становится гораздо удобнее выполнять полную калибровку системы непосредственно перед измерениями, это минимизирует ошибки, и даёт возможность измерять параметры на большем количестве частот, что позволяет лучше видеть разброс параметров и циклические ошибки, а также иметь возможность использовать сглаживание графиков с большей долей уверенности.
Измерительное оборудование
Анализатор цепей N524x серии PNA-X производства компании Keysight - единственный в своем роде прибор со встроенным электронным тюнером импеданса, способным устанавливать импеданс до Г=0,3 (КСВН≈2: 1).
При измерении транзистора с импедансом в районе 50 Ом, этого тюнера может быть достаточно для подстройки импедансов и в случае определения параметров шума. Для транзисторов с импедансом, достаточно отличным от 50 Ом встроенный электронный тюнер отключается, и используется внешний автоматический тюнер импеданса.
Тюнер Maury модели MT982BL01 рекомендуется использовать для измерений в диапазоне 0,8–18 ГГц; модель MT983BL01 - для измерений в диапазоне 2–26 ГГц; тюнер модели MT984AL01 - для измерений в диапазоне 8-50 ГГц
PNA-X также является единственным прибором, в котором векторный приемник совмещен со специализированным и оптимизированным приемником шума. Чувствительность приемника шума имеет решающее значение для определения коэффициента шума Кш (F) путем точного измерения вклада мощности шума транзистора. Точность измерения шума напрямую связана с коэффициентом шума второй ступени приемника шума - чем меньше, тем лучше. Хотя возможно использовать только приемник шума анализатора цепей серии PNA-X, коэффициент шума второго каскада можно уменьшить на значение порядка 5 – 6 дБ путём добавления модуля внешнего приемника шума (NRM) RFC Microwave модели MT7553B03.
Более подробную информацию о модулях приемника шума (NRM) и модулях переключения шума (NSM) можно найти здесь.