Test Card

有源器件的噪聲系數是一個非常重要的指標，尤其是對于射頻前端的LNA而言，其決定了整個接收鏈路的噪聲系數，將直接影響接收靈敏度。因此，噪聲系數的測試在射頻前端有源器件的研發過程中尤為重要。目前比較常見的噪聲系數測試方法有多種，本文將介紹其中最經典的方法——Y因子法。

Y因子法測試噪聲系數需要使用頻譜儀和噪聲源，其與增益法的主要區別在于，測試過程中可以確定DUT增益，同時也能夠從測試結果中去除頻譜儀自身噪聲系數對測試引入的影響。

Y因子法測試

Y因子法操作過程分為兩步：校準和測試。期間需要使用噪聲源為DUT提供噪聲激勵功率，具有On和Off兩個狀態，分別對應不同的等效噪聲溫度，頻譜儀可控制噪聲源的開、關狀態。

噪聲源具有一定的工作頻率，核心指標是ENR，表征產生噪聲功率的能力，其定義為

ENR(dB) = 10lg[(Ton - Toff)/T0]

其中，Ton和Toff分別是噪聲源打開和關閉時的等效噪聲溫度。

圖1. 校準連接示意圖

步驟一：校準

校準目的是獲得頻譜儀自身的噪聲系數，直接將噪聲源連接至頻譜儀接口。T0 (290K) 溫度下，在噪聲源關閉和打開時頻譜儀測得的功率分別為

Noff = kBT0 × GSA + KBTSA × GSA

Non = kBTon × GSA + KBTSA × GSA

式中，GSA為頻譜儀校準后的增益，TSA為頻譜儀自身的等效噪聲溫度。

定義Y因子為

Y = Non/Noff = (Ton + TSA)/(T0 + TSA)

分子、分母同時除以T0可得

Y = (Ton/T0 + TSA/T0)/(1 + TSA/T0)

其中分母就是頻譜儀的噪聲因子FSA，即

FSA = 1 + TSA/T0

則變換后可得

Y = (Ton/T0 - 1)/FSA + 1

FSA = (Ton/T0 - 1)/(Y - 1)

又因室溫為T0，就是噪聲源關閉時的等效噪聲溫度，因此上式寫成對數形式為

NFSA(dB) = ENR - 10lg(Y - 1)

至此，已經完成了頻譜儀自身噪聲系數的確定。

步驟二：測試

作為最經典的噪聲系數測試方法，Y因子法功能確實強大，不僅可以完成噪聲系數的測試，而且還可以完成增益的測試，當然，增益測試是噪聲系數測試的前提。

在這一步中，將會把DUT和頻譜儀當做一個二級級聯模塊，第一級是DUT，第二級是頻譜儀。首先確定總體的噪聲因子，然后再根據級聯公式確定DUT本身的噪聲因子。

圖2. 測試連接示意圖

T0 (290K) 溫度下，在噪聲源關閉和打開時頻譜儀測得的功率分別為

Nt,off = kBT0 × Gt + kBTt × Gt

Nt,on = kBTon × Gt + kBTt× Gt

式中，Gt和Tt分別為DUT和頻譜儀總體的增益和等效噪聲溫度。

則Y因子為

Y = Nt,on/Nt,off = (Ton + Tt)/(T0 + Tt)

進一步化簡可得

Y = (Ton/T0 - 1)/Ft + 1

Ft = (Ton/T0 - 1)/(Y - 1)

寫為對數形式為

NFt(dB) = ENR - 10lg(Y - 1)

以上確定了總體的噪聲系數，根據級聯公式

Ft = FDUT + (FSA - 1)/GDUT

便可以確定DUT的噪聲因子。但是如何確定DUT的增益呢？

利用校準和測試過程中頻譜儀測得的噪聲功率，便可以按照如下公式確定DUT的增益。

GDUT = (Nt,on - Nt,off)/(Non - Noff)

大家可以嘗試推導一下~~