电子元器件低频电噪声测试技术及应用研究

陈苗 杨雪

引言

电子元器件在实际中的应用会产生或多或少的噪声，以噪声频域特性作为依据，能够将电子器件噪声划分成白噪声与有色噪声；以产生机制作为依据对电子器件噪声进行划分，能够将其分成平衡噪声及非平衡噪声[1]。噪声大小也体现着产品的性能和运行可靠性，所以当前电子元器件噪声测试方面问题受到了相关领域研究人员的广泛关注。当前电子元器件噪声测试方面所采用方法越来越丰富，测试结果也更加精准。

一、电子元器件低频电噪声测试技术概述

早在1912年，洛伦兹在开展电子随机运动研究的同时，也进行了电子元器件和电子系统噪声测试方面的探究。在这之后，世界各国研究领域人员相继探索和发现了热噪声、散粒噪声等多种类型噪声，同时也开展了对噪声机理及测试方法的深入探索。在最初阶段开展的噪声测试工作，通常会加强模拟测试方式的应用，在实践工作中所使用的测试系统包括检波器、滤波器等多个组成部分，在该系统的支持下可以高效地开展电子器件指定频带噪声测试工作。然而从实际情况来看，该测试方法在许多方面都存在比较明显的缺陷。伴随着科技的发展和进步，当前的噪声测试技术已经得到了很大程度的优化，在实践工作中能够同时开展噪声频域测试与时域测试，技术更具先进性与可靠性。

二、电子元器件噪声测试技术及实践应用

（一）噪声测试偏置技术

围绕目标测试器件展开相应的外围匹配设计，利用偏置源促使被测器件保持适宜的测试状态，之后对被测信号进行输出，该方法也就是所谓的噪声偏置。在实践工作中的应用应确保偏置电路噪声性能，并且其应该拥有足够的负载及响应能力。在进行偏置电路设计过程中，通常不会应用有源电子元器件。另外，偏置电路在运行期间同样会产生或多或少的噪声，相关设计人员应确保在不对噪声测量精准性产生影响的情况下，做好偏置电路旁路和滤波处理工作[2]。在实际工作中测试所针对的元器件不同，那么偏置电路同样会产生相应差异。

现阶段的噪声测试偏置技术通常能够划分成交流偏置与直流偏置。

交流偏置。电子元器件噪声测试方法在实际应用中，通常要求探索电子元器件基于交流偏置情况所产生噪声特点，针对此种情况，就应该加强交流偏置技术的应用。针对交流偏置电流而言，其一般需要基于放大器才可以实现输出。通常来说，和电子元器件噪声进行对比，交流信号所产生噪声要相对较大，这便容易导致实际中无法精准区分交流偏置和噪声。所以，应采取针对性措施来尽可能消除交流偏置影响，一般来说通过合理应用桥式电路和锁相测试技术便能够达到该目标。交流偏置锁相测试技术能够在背景噪声和热噪声的消除方面发挥非常重要的作用，然而对于该测试方法的应用，需要确保电桥处于充分平衡状态，而要想达到高效果是比较困难的。所以通常仅在样品噪声非常低的条件下才会分析是否需要应用该方法开展噪声测试工作。

直流偏置。其属于噪声测试的一个基础性方法。在实践测试工作中，需要相关操作人员把电子元器件放置到恒定稳态环境中，之后针对元器件添加相应的直流工作电压，并且对其进行放大处理，做好输出端口信号测试工作。在实际开展直流偏置测试过程中，其中的偏置电流主要是由偏置电路产生，同时其也拥有偏置电路控制功能。测试中，电流会从其中一端通过被测器达到另一端，在此期间应确保偏置电路所供应电流并不会产生噪声或所产生噪声非常低。同时，为保证测试期间负载调整率相对较低，还应保证偏置电路响应度情况比较良好。在被测器件有电流通过过程中，电流的大小情况也会受器件的直接性影响。如果通过实际测试能够发现电流变化相对较小，便说明噪声电压和器件总电压相比相对较小。为确保最终测试结果的可靠性和准确性，在直流偏置技术应用过程中还会加强交流耦合技术的使用，促使直流电压得到进一步放大，实践操作中，需要把耦合电容和目标测试器件的输出段进行连接，耦合电容的功能和作用主要表现为隔直流和通交流，所以在耦合电容的支持下，可以实现直流分量的有效隔离，从而为后续的信号放大奠定基础。

（二）低频噪声放大技术

对于电子元器件所产生的噪声信号来说，其通常相对微弱，为确保噪声测试的精准性与可靠性，在具体的测试工作中不仅应最大程度控制测试系统产生噪声，还应采取相应措施将电子元器件噪声放大，这样才有利于进一步提高最终测试结果的清晰性。就现阶段总体来看，应用比较常见的低噪声放大技术主要包括双通道互谱测试与并联结构低噪声处理[3]。其中前者是在后者不断优化的基础上产生的，从客观角度来看，电子元器件噪声信号和测试系统两者的噪声信号之间呈现出了比较明显的非相关性特征，在实际操作过程中利用相关性计算方法，通常可以有效规避测试系统噪声信号给电子元器件噪声信号带来的影响，这样便能够达到测试系统背景噪声降低效果。通过对双通道互谱测试技术的应用，无需对放大器自身噪声作出任何调整，便可以很大程度减小放大噪声对最终测试结果造成的影响，然而在具体操作和使用期间，还应做好测试放大器和相应频谱分析设备的配置工作，其中测试放大器的数量为2，并且应保持两个测试放大器之间的独立性。频谱分析设备应该可以在互谱测量方面发挥作用，这些条件都会对该测试技术的广泛应用产生限制。

因为双通道互谱测试技术的实际应用在一些方面存在缺陷，所以相关领域研究人员便围绕单通道测试环境中放大器低噪声化技术展开了更为深入的研究和探索，进而开发了一些新的技术方法，包括SR570、PARC113等，通过对这些方法的应用，能够很大程度降低电子元器件噪声，在现阶段的应用比较常见[4]。然而这些方法在低噪声二极管、纳米器件的测试方面的应用仍存在不足，针对这些电子元器件展开的低频噪声测试工作，无法为最终测试结果的精准性提供保障。针对此种情况，一些研究人员积极探索将并联结构作为基础的噪声测试方法，通过对该技术手段的应用，可以使放大器背景噪声很大程度降低，然而该方法在充分发挥优势的同时，同样也会存在相应不足，在实践工作中的应用容易导致电流噪声增加，同时此方面的增加量和并联总数之间存在相关性，所以在开展低阻抗样品噪声测试过程中该方法才具有适用性。

（三）数据采集技术

在实际开展电子元器件低频噪声测试工作过程中，噪声数据采集是其中非常关键的一项工作内容，在A/D转换前提下，数据采集技术在速度、效率及实时性等方面都具有非常显著的优势。在Labview软件平台支持下，进行了DMA双缓冲技术和数据采样技术的开发。其中前者在实际操作中需要在数据通过集卡写入循环缓冲时实施双缓冲操作，其中的一些数据能够上传到计算机内传输缓冲中，之后用户会结合实际程序需求情况来进行数据的处理，循环缓冲在达到第二部分的情况下，数据写满时，便会自动化进行转回，从而在第一部分接着写，在这样的情况下，会将原始数据覆盖，并且在此过程中第二部分数据能够接着向计算机进行传输，这样便可以确保用户所获取数据流的连续性，实践工作中通过对该数据采集方法的应用，所采集的所有低频噪声数据都具有连续性，然而这也会给数据传输速度产生相应影响，特别是在数据量较大时，数据传输速度会严重降低。

（四）噪声数据处理技术

上述各环节工作结束后，便可以获取比较完善的电子元器件低频电噪声信号，在此基础上，还应对噪声信号展开更为深入的分析，同时制定合理可行的处理措施，最终进行总结。针对所收集的电噪声信号，通过傅里叶变化后，基于相应频域范围对其特性进行分析和研究。例如针对RTS噪声，围绕所收集的相关数据开展提取工作，并做出相应分析：传统模式下针对RTS噪声开展分析工作，所采取方式为RTS信号中的一段，在此基础上合理分析高低电流对应时间及幅度，在实际操作中如果涉及测量精度分析方面的工作，还应该采用手工方式来进行多段数据分析均值的提取。通过对此种方式的应用，最终的运算点数具有较高价值，同时最终获取的分析结果和低频扰动之间存在着密切联系。所以在数字滤波基础上的噪声方法，在进行数据处理时，差分处理会给低频扰动带来相应影响，导致低频扰动被消除，针对此种情况，采用大量数据拟合方式，有利于使其精度进一步提高，并且还可以采用相应数据统计方式，实现高低电流段中高频干扰及低频干扰的有效消除。

（五）测试技术应用

系统设计。实践工作中为确保测试技术应用效果，还应该展开专门测试工作。对于此方面的测试，最终目的是对测试噪声有效性作出精准性评估[5]。实际操作过程中，将电阻器视为实验的针对目标。对测试系统进行相应划分，主要能够将其分成硬件和软件。测试操作进行时，软件的基础性功能就是利用虚拟仪器提高对测试过程的控制效果。硬件在测试中的应用，需要对电压进行相应调整，促使其发生改变，这样便能够对硬件适应范围及阈值大小进行精准性测试，测试工作中所使用的硬件包括放大器、计算机等，在测试工作完成之后，噪声频谱便会自动体现在虚拟仪器上，然后采用相应计算方式便可以获取最终结果。

噪声测试。在实际测试操作进行中，电阻器通常会作为实验主要对象，电阻器主要有薄膜与厚膜两种类型。对于当前的电子元器件来说，薄膜电阻器与厚膜电阻器的应用都比较常见。为确保最终所获取测试结果的精准性与可靠性，在实际操作过程中还应将两种类型电阻器共同设置成实验样本，促使其在实验过程中的作用和价值得到充分发挥。需要对薄膜电阻器与厚膜电阻器分别进行多种电阻大小的选择。在此基础上，参与试验的人员还应对变量控制给予足够重视，有针对性地做好变量控制，实践操作中应使用两台仪器，并且反复进行评测，通常来说应将评测次数控制为五次，最终进行计算来获取平均值，将其作为最终的实验结果进行使用，得出相应结论。

测试结论。在测试工作完成之后，从多角度出发进行分析，最终得出以下结论：第一，电阻器噪声的产生和电阻之间存在着密不可分的联系，在电阻相对较大的情况下，其所产生噪声指数同样相对较大，两者表现为正比关系；第二，将薄膜电阻和厚膜电阻之间进行相应对比，基于电阻同等条件，薄膜电阻产生的噪音要相对较小，而厚膜电阻噪声要明显更多；第三，在实际开展电子元器件低频电噪声测试工作过程中，偏置技术、放大技术等都有自身的优势和缺陷，实践工作中应确保这些技术选择的灵活性和针对性，促使技术的作用得到充分发挥，通过获取更具精准性与可靠性的测试结果，为实际的生产生活提供重要指导。为实现对电子元器件低频噪声的高效控制，还可以实现上述几种技术的综合应用，并且还应该重视对先进技术的开发，从整体上提高技术应用水平。

结束语

综上所述，针对电子元器件而言，低频噪声测试技术在其中的应用具有必要性，在促进我国电子元器件生产领域发展方面表现出积极意义，并且提高噪声控制效果，还能够为我国电子元器件制造行业的发展提供支持，根据对先进测试技术的应用获取电子元器件噪声结果，可以对电子元器件相关问题展开深入洞察及分析，提高电子元器件缺点的检测率。就现阶段来看，电子元器件在我国各行业、各领域中的应用程度越来越高，加强电子元器件质量检测具有必要性。所以，应积极加强低频噪声测试技术在实际测试工作中的渗透，为电子元器件性能优化提供支持。