基于ATE高效测量射频到基带噪声指数

程式(4)计算出噪声系数：
　　　　　(4)  

以及噪声指数(以dB为单位)：  
NF "_dB = ENR |_dB–10log₁₀(Y-1)　　　　　(5)  

测试射频到基带组件的噪声指数时，Y通常会远大于1，因此，可以省略掉"-1"，得到下列简化过的方程式：  
NF |_dB = ENR |_dB–(P_hot–P_cold)　　　　　(6)  

当使用内建噪声二极管的自动化测试设备、具射频任意波形发生能力的噪声源、或测试载板上有噪声二极管时，常使用方程式(5)和(6)来测量射频到基带的噪声指数。

冷噪声测量

冷 噪声(或增益)测量方法是另外一种被认为非常符合量产测试需求、适合射频到基带组件采用的方法。做法是将一个50欧姆的终结负载加到待测组件的输入端，然 后测量待测组件的冷条件噪声功率。这种方法也须要测量待测组件的增益值，其优点是，在典型的量产测试程序中，增益测试之后本来就常会接着进行这项测试，这 样一来，只须进行一次测量(噪声功率)即可。有了增益和噪声功率两数值，就可依照方程式(7)计算出噪声系数：
  (7)  

或利用方程式(8)得出以dB为单位的结果：  
NF "_dB= P_cold-(-174dBm/Hz)-10log₁₀(B)-G |_dB　　　　　(8)  

B是进行冷条件的噪声功率测量P_cold时所使用的带宽，-174dBm/Hz则是在290K的温度下所伴随出现的热噪声功率，为(1.38×10^-23-J/K×290K)的乘积kT，转换为以dBm为单位的对数格式。

Y系数与冷噪声比各有所长

Y 系数方法的优点为进行两次功率测量，并利用两次测量结果的比值计算出噪声指数。由于它是以比值的方式计算，使得测量结果为相对的，因此，测量设备的绝对功 率准确度就不是那么重要。其主要的缺点是经常须要使用二极管式、固定剩余噪声功率比的噪声源，当须要测量非常高或非常低的噪声指数值时，会是一大问题。问 题的成因可由方程式(5)来观察，如果噪声指数太大(相对于噪声源的剩余噪声功率比值)，则所测量到的热噪声功率值会造成Y接近1，因此，可能会得到不同 于预期的噪声指数。使用二极管式的噪声源时，其剩余噪声功率比是固定的。此剩余噪声功率比可能适合某些组件，但不一定适合其他的组件，特别是如上所述噪声 指数较大的组件。在某些情况下，可以使用具任意波形发生能力的噪声源，这种噪声源可以调整剩余噪声功率比值，以克服上述的问题。

冷噪声测量方法的优点是只须要进行一次功率测量，因此，可缩短测试时间。整体而言，其测量的设置和进行方式都非常简单。

两 种方法都会测量冷条件的噪声功率，也就是在待测组件的输入端提供50欧姆的终结负载下进行，个中的差异在于Y系数方法须要测量热条件的噪声功率。除噪声指 数外，还可通过热噪声功率测量，计算出待测组件的增益值，这也是噪声指数量表或频谱分析仪能够在频域中显示出增益和噪声指数两种信息的方法。

选择适当噪声指数测量方法

射频到基带组件的主要差异点在于是否有较多可用的增益状态，这是低噪声放大器和混频器合起来所能提供的增益控制结果。

图3所示的矩阵包含射频到基带的组件中，可能出现的四种不同增益与噪声指数状态的组合。

图3　矩阵图显示出射频到基带的组件中，可能出现的四种不同增益与噪声指数状态的组合。

具有高增益(不论噪声指数是高或低)的组件是最容易测量，不管是使用冷噪声或Y系数方法的测量结果都不错。常用的经验法则是，增益和噪声指数(以dB为单位)的和越高，噪声指数就越容易测量。须要注意的是，就那些增益和噪声指数俱高的组件而言，如果要采用Y系数方法，必须使用剩余噪声功率比较高的噪声源。

这两种方法测量低增益、低噪声指数组件的效果比较差，因为测试系统本身的噪声相对于待测组件的噪声会比较显著，这点主要会影响到两种方法中的冷噪声测量结果。就此特殊的状况而言，两种方法在生产在线都不容易执行，可能须要使用前级放大器(Pre-amplifier)，以降低测试系统本身的噪声指数效应。所幸，在射频到基带的组件中，极少会出现这种低增益和低噪声指数的组合。

就低增益、高噪声指数的组件而言，唯一须要注意的也是使用Y系数方法搭配固定剩余噪声功率比的噪声源时，如果该剩余噪声功率比不够大时，会使得测量结果不够准确，这是因为待测组件所输出的噪声会远大于噪声源所产生的噪声，使得Y会接近1(方程式(5))。

比较不同噪声指数测试方法

在此针对下列测量射频到基带噪声指数的方法，研究分析个中的差异：

• 使用噪声二极管的Y系数测量法
• 使用具任意波形发生能力的噪声源(剩余噪声功率比 = 12.8dB)的Y系数测量法
• 使用具任意波形发生能力的噪声源(剩余噪声功率比 = 36.8dB)的Y系数测量法
• 冷噪声测量法