噪聲系數(shù)分析儀通常是作為頻譜儀的選件功能，配合標(biāo)準(zhǔn)噪聲源，用Y因子法，測量分析被測件DUT的噪聲系數(shù)。

對于小增益甚至負(fù)增益的DUT，且噪聲系數(shù)大于20dB時(shí)，需要噪聲源的超噪比ENR遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)噪聲源貨架產(chǎn)品，文中解釋這種噪聲源的集成制作及其校準(zhǔn)和測量方法。

計(jì)量單位常用衰減器來計(jì)量校準(zhǔn)噪聲系數(shù)分析的準(zhǔn)確度，當(dāng)衰減量值大于20dB時(shí)，就需要自制集成標(biāo)準(zhǔn)化超高ENR的噪聲源。

噪聲系數(shù)

噪聲系數(shù)描述被測件DUT內(nèi)部噪聲程度，對信噪比的惡化程度，即輸入信噪比和輸出信噪比的比值。

• F=SNR_in/SNR_out

定義噪聲系數(shù)時(shí)，輸入噪聲Nin = N0是理想器件在290K時(shí)電子學(xué)熱噪聲功率 -174dBm/Hz。

衰減器的噪聲系數(shù)

依據(jù)上述定義，衰減器的衰減量att(dB)，就等于其噪聲系數(shù)。

• 衰減器的輸出噪聲與輸入噪聲相等
  • Nout=Nin=N0;
• 輸出信號功率 Sout=Sin-att；
• 因此 NF=Sin/N0-Sout/N0=att

因此，負(fù)增益的DUT的噪聲系數(shù)通常等于其衰減量值。

多級級聯(lián)DUT時(shí)：

• F = F1+(F2-1)/G1+...
• 當(dāng)G1>>1時(shí)，總噪聲系數(shù)取決于第一級噪聲系數(shù)F1
• 當(dāng)?shù)谝患墳樗p(負(fù)增益)，G1<1時(shí)，認(rèn)為G1=1/F1
  • F = F1+(F2-1)F1 = F1·F2
  • 總的噪聲系數(shù)大于第一級噪聲系數(shù)

噪聲系數(shù)分析Y因子標(biāo)準(zhǔn)方法

頻譜儀配合外接噪聲源進(jìn)行噪聲系數(shù)測試：

• 噪聲源的控制端連接頻譜儀的電源和控制接口；
• 噪聲源的超噪比ENR作為參考標(biāo)準(zhǔn)值，在頻譜儀噪聲系數(shù)測量功能中輸入；
• 噪聲源每個(gè)頻率處的ENR，是其熱態(tài)輸出噪聲功率密度，與其冷態(tài)噪聲功率密度的差值，例如，某噪聲源3GHz，溫度290K，冷態(tài)輸出-174dBm/Hz，熱態(tài)輸出-159dBm/Hz，ENR=15；
• 校準(zhǔn)：噪聲源射頻口直接連接頻譜儀射頻端口，校準(zhǔn)獲得Y因子以及頻譜儀自身噪聲；
• 測量：將DUT插入連接在噪聲源與頻譜儀射頻口之間，進(jìn)行掃描測量，獲得DUT的噪聲系數(shù)和增益。
• 增益量程：-20~60dB
• 噪聲系數(shù)量程受限于噪聲源的超噪比ENR：
  • ENR5dB噪聲源：0~20dB
  • ENR15dB噪聲源：0~30dB
  • ENR21dB噪聲源：0~35dB
  • 在上述噪聲系數(shù)范圍，當(dāng)噪聲系數(shù)大于ENR的情況，要求DUT增益大于其噪聲系數(shù)與ENR之差。

噪聲源超噪比ENR的測量和校準(zhǔn)

用一個(gè)已知溯源ENR的標(biāo)準(zhǔn)噪聲源，進(jìn)行被校目標(biāo)噪聲源的ENR測量校準(zhǔn)：

• 標(biāo)準(zhǔn)噪聲源，可以是上級計(jì)量單位校準(zhǔn)溯源的二極管式噪聲源；
• 標(biāo)準(zhǔn)噪聲源也可以是一對冷熱電阻（如常溫電阻和液氮低溫電阻），溯源到熱力學(xué)溫度；
• 頻譜儀噪聲系數(shù)分析，用標(biāo)準(zhǔn)噪聲源直通校準(zhǔn)；
• 更換被校噪聲源，測量和記錄ENR。

噪聲系數(shù)分析超量程方法

噪聲系數(shù)測量不確定度，決定性因素之一是噪聲源的超噪比ENR，最佳測量條件：

• ENR – (NF of SA) > 3 dB
• ENR – (NF of DUT) > 5 dB
• (NF of DUT) + (Gain of DUT) – (NF of SA) > 5 dB

當(dāng)DUT噪聲系數(shù)很大而增益很小時(shí)：

• 需要在標(biāo)準(zhǔn)噪聲源基礎(chǔ)上集成放大器的噪聲源，實(shí)現(xiàn)超高ENR的噪聲輸出；
• 集成噪聲源ENR大于衰減損耗量值。

測試步驟：

• 用標(biāo)準(zhǔn)噪聲源進(jìn)行直通校準(zhǔn)；
• 標(biāo)準(zhǔn)噪聲源連接放大器和匹配衰減器作為整體自制噪聲源；
• 噪聲源的控制電源控制放大器電源的開關(guān)，或者切換手動(dòng)模式，人工切換冷態(tài)和熱態(tài)進(jìn)行掃描測量；
• 自制噪聲源直通頻譜儀進(jìn)行ENR測量；
• 將以上ENR實(shí)測值作為自制噪聲源的ENR標(biāo)準(zhǔn)值；
• 以自制噪聲源代替標(biāo)準(zhǔn)噪聲源，進(jìn)行DUT的噪聲系數(shù)測試；
• 測試布置如下圖：

總結(jié)

本方案對噪聲源的超噪比ENR進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)；

基于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)噪聲源，配合放大器集成高ENR噪聲源；

注意噪聲源與放大器電源通斷的同步，確保冷態(tài)時(shí)兩者電源關(guān)閉，熱態(tài)時(shí)打開。

當(dāng)采用大于20dB衰減器，進(jìn)行噪聲系數(shù)分析儀計(jì)量校準(zhǔn)時(shí)，特別推薦本方案。