射頻領域里噪聲系數(shù)的測試

一、 關于噪聲系數(shù)

對于放大器或者其他有源器件，由于本身就會有噪聲，輸出端信噪比和輸入端信噪比不一樣，為此，使用噪聲系數(shù)來衡量放大器本身的噪聲水平，公式表示為： 噪聲系數(shù)NF=輸入端信噪比/輸出端信噪比，單位常用“dB” 。

噪聲系數(shù)是表征接收機及其組成部件在有熱噪聲存在的情況下處理微弱信號的能力的關鍵參數(shù)之一。該系數(shù)并不是越大越好，它的值越大，說明在傳輸過程中摻入的噪聲也就越大，反應了器件或者信道特性的不理想。

二、 射頻領域里噪聲系數(shù)測試

目前，測量噪聲系數(shù)的方法主要有兩種。最常用的方法稱為 ** Y 因子技術或者熱/冷噪聲源技術** 。它使用一個與被測器件輸入端直接相連的噪聲源，提供兩個輸入噪聲電平。這種方法測試被測器件的噪聲系數(shù)和標量增益，適用于頻譜分析儀和噪聲系數(shù)分析儀解決方案。Y 因子技術易于使用，特別是當噪聲源具有良好的源匹配并且可以與被測器件直接連接時，測試結果的精度極佳。

測試噪聲系數(shù)的另一種方法稱為冷噪聲源方法或直接噪聲方法。這種方法不是在被測器件的輸入端連接一個噪聲源，而是只需要一個已知的負載 (通常為 50 Ω)。冷噪聲源技術需要單獨測量被測器件的增益。這種方法特別適用于用矢量網(wǎng)絡分析儀測試噪聲系數(shù)，因為可以用矢量誤差校準的方法來得到非常精確的增益 (S21) 測量結果。使用 PNA-X 網(wǎng)絡分析儀時，矢量誤差校準技術和 PNA-X 獨特的源校準方法相結合，可以得到業(yè)界最高的噪聲系數(shù)測量精度。

冷噪聲源方法的優(yōu)點還包括只需與被測器件進行一次連接便可同時測量 S 參數(shù)和噪聲系數(shù)。冷噪聲源方法雖然在測試的時候不需要測試源，但是在系統(tǒng)的校準過程中，需要使用噪聲源。目前用于測量噪聲系數(shù)最常見的方法為Y因子方法，使用一個與DUT 的輸入端直接相連的噪聲源，提供兩個輸入噪聲電平。

Y因子技術易于使用，特別是當噪聲源具有良好的源匹配并且可以與DUT直接連接時，測試結果的精度是很好的。測試結構如下圖分為噪聲源、被測件以及測試儀器組成。在此我們主要針對Y因子這種廣泛普及的方法來淺析。

三、 針對Y因子測試的不同方案

ESA、EXA、MXA、PSA、PXA、NFA系列都具有噪聲系數(shù)的測試功能，ESA以及PSA只需配合219選件，X系列的信號分析儀需要配合N9069A即可實現(xiàn)噪聲系數(shù)測試功能，NFA系列的N8973A、N8974A、N8975A作為專業(yè)的噪聲分析儀不需要選件。

作為搭配有346系列的傳統(tǒng)噪聲源和SNS系列的智能噪聲源可供選擇。但是針對不同的測試要求、不同的測試精度以及經(jīng)濟預算的考慮，我們需要認真分析，選擇最合理的儀器以及搭配最合理的噪聲源。

1、 頻率范圍的要求

ESA系列雖然支持噪聲系數(shù)的測試，但是只能保證在3GHz以內(nèi)可以滿足嚴格的技術指標，如果要測試到更高的頻率范圍，需要使用PSA、MXA、NFA甚至PXA系列來實現(xiàn)。這里著重指出如果使用PSA例如E4440A進行超過3GHz的噪聲系數(shù)測試，需要有硬件選件110的支持，也就是需要支持全頻段的前置放大器，不然噪聲系數(shù)的測試指標會很不好。

因為目前市面上流通的絕大部分E4440A的前置放大器都是1DS，只能支持到3GHz以內(nèi)，所以用PSA系列來進行高頻的噪聲系數(shù)測試可行性很低。推薦使用帶有P26的N9020A配合N9069A選件或者N8975A來實現(xiàn)。

2、 噪聲源的選擇

常用的有346系列的傳統(tǒng)噪聲源和SNS系列的智能噪聲源可以作為搭配用于測試生產(chǎn)。噪聲源的指標包括頻率范圍和ENR值，頻率范圍很好選擇，只要可以覆蓋需要測試產(chǎn)品所需的頻率范圍就可以。ENR（超噪比）值就需要針對的做出選擇，常用噪聲源的ENR值有6dB和15dB。ENR值比較低時可以把由于噪聲檢測儀的非線性導致的誤差降到最低。如果在儀表檢測儀的更小范圍(從而也是線性更好的范圍) 內(nèi)進行測量，則此誤差還會更小。6dB 的ENR 噪聲源所用的檢測儀范圍比15dB 的ENR 噪聲源更小。

6dB ENR 噪聲源用于:

測量其增益對源阻抗變化特別敏感的器件

噪聲系數(shù)非常低的DUT

器件的噪聲系數(shù)不超過15dB

15dB ENR 噪聲源用于:

用于測量高達30dB 的噪聲系數(shù)

測量高增益設器件，用戶校準儀表的整個動態(tài)范圍

另外346系列的噪聲源測試前需要把對應頻段的ENR值手動輸入儀器，而SNS系列的智能噪聲源連接儀器后會自動把此值寫入儀器內(nèi)部，節(jié)省時間的同時可以減少人為的誤操作。還需要注意PSA系列不能匹配SNS系列噪聲源，其余系列都可兼容346、347和SNS系列噪聲源。

關于噪聲儀和噪聲源選擇方案對比總結如下表：

除了以上常用的經(jīng)典型號外，是德科技還在2015年推出了新款NFA系列噪聲系數(shù)分析儀代替過往產(chǎn)品，分別包括 N8973B，N8974B，N8975B，N8976B . 目前在市場的占有率雖然很低，但可預見的，未來必將成為主流噪聲系數(shù)的測試產(chǎn)品，在這里簡要總結一下與上一代NFA的區(qū)別和升級部分。

1 新增了N8976B使直接測試最高頻率提升到40GHz，使用指定下變頻器可擴展到110GHz解決方案。

2 單次測試速度從之前的70ms顯著提高到18ms。

3 不僅僅是一臺專用的噪聲系數(shù)分析儀，并且擁有全功能頻譜分析儀與IQ分析儀（基本）模式

4 顯著簡化了 Y 因數(shù)測量的噪聲源校準。使用內(nèi)部校準功能，無需執(zhí)行用戶校準，可以為許多類型的被測器件節(jié)省寶貴的測試時間。

5 功能和易用性上得到明顯改善，使用彩色多點觸控式屏幕，新增了LAN口、USB口，方便了存儲和程控的靈活性，存儲空間提升到160GB。