使用ATE高效测量射频到基带噪声指数

此研究是在含有双组件测试载板的自动化测试设备环境中进行，用以执行功率测量的是一组16位的基带数字转换器(Digitizer)，所测试的对象则是一个工作频率为2.4GHz的802.11b/g组件。所有的测量都是在相同的频率下进行，但待测组件的增益设定值则有所不同。所有的噪声功率都是以2 MHz的带宽测量得出。

噪声二极管(HP346A)的剩余噪声功率比为12.8dB，为保持一致起见，具任意波形发生能力的噪声源也要设定为产生剩余噪声功率比为12.8dB的噪声输出。为解决待测组件的增益设定差异很大的问题，也会须要使用剩余噪声功率比较高的噪声源。此时，唯有采用具任意波形发生能力的噪声源才有办法做到，其噪声输出可提高到剩余噪声功率比为36.8dB。

表1所列为待测组件的增益设定以及预期会测量到的噪声指数值。通过改变低噪声放大器的增益值(实际上是进行衰减)，或是调整混频器的放大值(因此预期会出现非线性的噪声指数值)，可让组件经历六种不同的增益状态。请注意，当预期的噪声指数值比较低时，组件的增益会比较高，而随着增益值降低，噪声指数也会提高，但这六种状态都还不至于落在图3矩阵的左下方象限中。 

由图4的结果可清楚地看出，冷噪声方法可相当成功地追踪出组件行为的变化，且当噪声指数因衰减增加可能变很高时，能提供最大的弹性。

图4　在表1订定的每一组增益设定下所测量到的噪声指数值。

Y系数方法就无法提供同样的弹性。在第一组到第四组的增益设定中，显然必须使用剩余噪声功率比较低的噪声源，而在增益值较低、噪声指数较高的状态下(第五组和第六组设定)，则须要使用剩余噪声功率比较高的噪声源。在研发工作台上，还可以直接更换噪声源(如果有的话)，然而，在使用噪声二极管的自动化测试设备中，却并不可行。此时，正是具任意波形发生能力的噪声源其调整弹性可充分发挥之处。

此外，若将采用噪声二极管之Y系数测量方法的性能与采用具任意波形发生能力之噪声源的Y系数测量方法相比较，两者确实可以相提并论，代表使用任意波形发生器的Y系数测量方法也相当稳健。

权衡数据分析的结果可看出，就大量生产测量而言，最佳的选择显然为冷噪声方法或使用具任意波形发生能力之噪声源的Y系数方法。两者不论在稳定一致性、弹性、测量关联性以及测试时间上，都能提供最佳的组合。

ATE与生产线噪声指数测量考虑

由于噪声指数测量须要分析低位准的信号，因此，可能会出现很多的误差来源。庆幸的是，在生产射频到基带组件的时候，较不须担心这些因素。

工程人员应切记在生产在线执行噪声指数测量时，目标不一定是要尽一切可能地测量出最准确的噪声指数绝对值，而是要找出有意义且稳定一致的结果，能够与研发工作台上得到的噪声指数测量结果有所关联。可能导致噪声指数测量结果不准确的因素如下所列；而参考资料2中逐一探讨了每一项因素，并且详细说明这些因素对噪声指数测量的不准确度以及不确定度的影响。

• 噪声功率测量的平均计算
  由于噪声功率测量的功率位准极低，因此，将功率测量的结果加以平均计算相当重要。
• 温度的差异
  在现实生活中，噪声源的实际温度很可能并非290K。
• 自动化测试设备的噪声指数
  如果目标是要测量出最准确的噪声指数，就有必要取得测量噪声功率之测试系统的噪声指数。
• 待测组件与测试系统间的阻抗匹配
  待测组件、接触头、测试载板以及测试系统之间的任何阻抗不匹配，都会导致测量结果出现不确定度和误差。

以量产时测量时间最短为评估标准

若要在自动化测试设备的环境中导入噪声指数测量，通常必须有所取舍。举例来说，在降低测试成本的常态趋势下，须尽可能缩短测量的时间，但这样的诉求却与测量低位准信号(噪声)的原则有所抵触，因为测量低位准的信号免不了须要进行平均计算，如此来会增加测量的运行时间。最终目标其实是要在量产时，尽可能于最短的测量时间内，取得稳定一致、与研发测试结果的关联准确性最高的噪声指数值。

本文概要地介绍两种最常用来测量射频到基带噪声指数的方法，这两种方法在量产测试上各有所长。Y系数方法源于噪声指数量表和分析仪所采用的技术，因此，是第一个会想要使用的方法。冷噪声方法比较符合量产环境的需求，只须进行一次噪声功率测量即可，较能缩短测试时间。文中提供的矩阵有助于决定哪一种方法最适合待测组件的