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2020-03-28 來源︰微波(bo)射頻網作者︰Knight 我(wo)要評(ping)論(0) 字號(hao)︰ 中(zhong)

對于噪聲系數測(ce)試,多(duo)數情況下會選擇Y因子(zi)方法測(ce)試,但是當待測(ce)件包含(han)自動增益控制(zhi)電(dian)路(AGC)時,Y因子(zi)方法受到一定的限(xian)制(zhi)。因為當噪聲源在打開(kai)、關閉(bi)兩種狀態時,AGC電(dian)路會自動調整(zheng)可變(bian)增益放大器(VGA)的增益,從而保證輸出(chu)的電(dian)平恆定,此時使用(yong)Y因子(zi)方法測(ce)得的結(jie)果已經無法反映待測(ce)件真實(shi)的噪聲系數。那(na)麼如何進行有效(xiao)的測(ce)試呢?這就是本(ben)文(wen)將(jiang)要詳細(xi)介(jie)紹的內容。

眾所周知(zhi),AGC電(dian)路具有一定的起控範圍(wei),只有輸入(ru)電(dian)平落入(ru)該範圍(wei)內,才能(neng)夠正常地作自動增益控制(zhi)。如果噪聲源打開(kai)、關閉(bi)兩種狀態下,輸入(ru)至AGC電(dian)路的信號(hao)功率在其(qi)起控範圍(wei)之外,則(ze)AGC電(dian)路的工作狀態並(bing)不發生變(bian)化,此時依然可以使用(yong)Y因子(zi)法測(ce)試。

對于接you)棧ji)通道模塊,往往增益非常高,所以噪聲源的開(kai)和關可能(neng)使得AGC電(dian)路能(neng)夠進行自動增益控制(zhi),此時可以使用(yong)如下兩種方法測(ce)試噪聲系數。

 (1) 將(jiang)AGC電(dian)路固定在一個狀態,即無論輸入(ru)信號(hao)是否(fu)變(bian)化,待測(ce)件的增益是固定的。此時可以使用(yong)Y因子(zi)法測(ce)試,而且可以測(ce)試不同(tong)增益狀態下的噪聲系數!該方法優(you)勢在于,可以使用(yong)自動噪聲系數測(ce)試功能(neng),能(neng)夠快速測(ce)試不同(tong)頻率下的噪聲系數。

 (2) 基于增益法測(ce)試噪聲系數,適shi)糜誆槐閿誑?zhi)AGC增益狀態的待測(ce)件。為了保證AGC的增益在測(ce)試過(guo)程中(zhong)不改變(bian),可以使用(yong)外部信號(hao)源給待測(ce)件提供一個功率恆定的CW信號(hao),同(tong)時測(ce)試待測(ce)件的增益和輸出(chu)噪聲功率。為了使得CW信號(hao)的相噪不影響測(ce)試結(jie)果,建議CW信號(hao)電(dian)平設置小一點,且讀(du)取一定頻偏處(相對于CW信號(hao))的噪聲功率。該方法需(xu)要手動操作,有一定的工作量,但不需(xu)要噪聲源chu)/p>

第(di)一種方法比較簡單,依然使用(yong)Y因子(zi)法測(ce)試。下面主要介(jie)紹第(di)二種方法的操作步驟和注意事項。為方便起見,除非特殊說明,下文(wen)涉及的待測(ce)件均指包含(han)AGC電(dian)路的待測(ce)件。

圖1、增益法測(ce)試AGC電(dian)路噪聲系數等效(xiao)框圖

圖1給出(chu)了增益法測(ce)試噪聲系數的連接框圖,假設輸入(ru)端的噪聲功率為Nin,則(ze)輸入(ru)、輸出(chu)噪聲功率滿足如下關系

Nout=Nin?G+kBTe?G

如果輸入(ru)噪聲功率為kBT0(T0=290K),則(ze)上式可以yue)蚧 /p>

Nout=kBT0?F?G

根(gen)據(ju)上式,若增益G和輸入(ru)噪聲功率Nin已知(zhi),便可以yue)撲慍chu)待測(ce)件的噪聲系數。需(xu)要注意,G為待測(ce)件與頻譜儀總的增益,且求解出(chu)的F為待測(ce)件與頻譜儀總的噪聲因子(zi)。傳(chuan)統的增益法由(you)于不會消(xiao)除頻譜儀自身(shen)引入(ru)的影響,因此適shi)糜讜 凳洗笄以 娼細(xi)叩拇ce)件。下面介(jie)紹的方法,能(neng)夠修正頻譜儀自身(shen)噪聲系數引入(ru)的影響。

由(you)于頻譜儀是經過(guo)內部校(xiao)準(zhun)的,因此可以認為其(qi)增益為1,那(na)麼如果要求解待測(ce)件本(ben)身(shen)的噪聲系數,則(ze)需(xu)要如下三(san)步︰? 測(ce)試待測(ce)件的增益;? 確定輸入(ru)噪聲功率Nin;? 確定頻譜儀本(ben)身(shen)的噪聲系數。

待測(ce)件增益的測(ce)試,首選使用(yong)矢網,那(na)麼對于該測(ce)試,是否(fu)適合使用(yong)矢網?

由(you)于待測(ce)件包含(han)AGC電(dian)路,使用(yong)矢網測(ce)試其(qi)增益本(ben)身(shen)沒有什麼問(wen)題,但是在該測(ce)試中(zhong),如果要得到正確的測(ce)試結(jie)果,需(xu)要保證使用(yong)矢網測(ce)試增益時與采用(yong)圖1方式測(ce)試噪聲系數時的AGC狀態相同(tong),即保證增益狀態不變(bian)。

更簡便的方法,直接you)褂yong)圖1的裝置確定待測(ce)件的增益,直接比較是否(fu)連接DUT兩種情況下的輸出(chu)功率即可確定DUT的增益。

通常所說的增益法測(ce)試噪聲系數,在待測(ce)件輸入(ru)端連接50Ohm匹配負載(zai),可以認為輸入(ru)噪聲功率為kBT0(假設室(shi)溫為T0)。如果按照圖1所給的裝置測(ce)試,還能(neng)認為待測(ce)件的輸入(ru)噪聲功率為kBT0嗎?

不能(neng)再認為輸入(ru)噪聲功率為kBT0,因為信號(hao)源ci)涑chu)CW信號(hao)時,也附帶著(zhou)一定的噪聲功率,該噪聲功率shi) 笥BT0,因此可以將(jiang)信號(hao)源等效(xiao)為如圖2所示的電(dian)路,包含(han)一個理想(xiang)的信號(hao)源和一個等效(xiao)的放大器,等效(xiao)增益和噪聲因子(zi)分別為GS和FS。理想(xiang)信號(hao)源ci)涑chu)CW信號(hao)的同(tong)時,也附帶輸出(chu)kBT0的噪聲功率,圖中(zhong)Nin為饋入(ru)DUT的噪聲功率。

圖2、信號(hao)源等效(xiao)電(dian)路

如何確定信號(hao)源ci)涑chu)的噪聲功率呢?

分別使用(yong)頻譜儀的RMS檢波(bo)器和AVG檢波(bo)器測(ce)試CW信號(hao)功率,二者之差(cha)即為信號(hao)源ci)涑chu)的噪聲功率shi)肫燈滓潛ben)身(shen)產生的噪聲功率之和NSG&SA。假設頻譜儀的增益和等效(xiao)噪聲溫度分別為GSA和TSA,則(ze)滿足如下關系︰

NSG&SA=Nin?GSA+kBTSA?GSA

可以認為頻譜儀的增益為1 ,而頻譜儀本(ben)身(shen)的噪聲系數也可以確定,于是可以求出(chu)信號(hao)源ci)涑chu)的噪聲功率Nin

如果使用(yong)這種方式,建議信號(hao)源ci)涑chu)的CW信號(hao)功率不要太強,且使用(yong)頻譜儀測(ce)試時,建議RBW設大一些,比如5MHz。

除了使用(yong)RMS和AVG檢波(bo)器的方法外,還可以直接讀(du)取偏離(li)CW信號(hao)一定頻偏處的噪聲功率作為NSG&SA。該方法要求CW信號(hao)的相噪要非常小,不能(neng)影響讀(du)取結(jie)果。

以上確定了待測(ce)件的輸入(ru)噪聲功率,下面按照圖1連接DUT進行測(ce)試,待測(ce)件輸出(chu)噪聲功率shi)娜範ㄒ部梢園湊丈鮮齜椒 J褂yong)頻譜儀不同(tong)的檢波(bo)器,或者直接讀(du)取偏離(li)CW信號(hao)一定頻偏處的噪聲功率。

確定待測(ce)件輸入(ru)和輸出(chu)噪聲功率後(hou),便可以求出(chu)待測(ce)件與頻譜儀總體的噪聲因子(zi),最後(hou)根(gen)據(ju)噪聲因子(zi)級(ji)聯公式,求出(chu)待測(ce)件本(ben)身(shen)的噪聲因子(zi)。

為了便于對上述內容的理解,下面介(jie)紹一個測(ce)試實(shi)例,實(shi)例中(zhong)采用(yong)的是頻偏法確定信號(hao)源ci)涑chu)噪聲功率和DUT輸出(chu)噪聲功率。DUT是一個接you)棧ji)通道,包含(han)前端低噪放、鏡頻抑制(zhi)混頻器、中(zhong)頻濾波(bo)器及AGC電(dian)路,通道的相關參wen)縵攏/p>RF freq.︰1345MHz~1380MHz
LO freq.︰1385MHz
IF freq.︰5MHz~40MHz
通道最大增益達90dB
AGC提供40dB的動態範圍(wei)
AGC的起控範圍(wei)為-120~-80dBm (按射頻輸入(ru)功率)

使用(yong)外部信號(hao)源給DUT提供一個-100dBm的CW信號(hao),如果要測(ce)試DUT在輸出(chu)中(zhong)頻頻率為15MHz對應的噪聲系數,因為采用(yong)頻偏法測(ce)得噪聲功率,所以需(xu)要將(jiang)CW信號(hao)頻率設置為1358MHz,而不是1370 MHz。

首先測(ce)試yue)舜ce)件的增益為86dB;然後(hou)確定信號(hao)源ci)涑chu)的噪聲功率,在信號(hao)源ci)涑chu)CW信號(hao)的同(tong)時,觀(guan)察(cha)1370MHz處的噪聲功率,如圖3所示,RBW為100kHz時的噪聲功率為-117.2dBm。

為了正常計算,還需(xu)要確定頻譜儀等效(xiao)噪聲溫度TSA︰圖3右(you)圖給出(chu)打開(kai)預放時,在射頻段的噪聲功率譜密度為-167.32dBm/Hz,對應的噪聲系數為6.68dB。根(gen)據(ju)噪聲因子(zi)與等效(xiao)噪聲溫度的關系,便可以求出(chu)對應的噪聲溫度,代入(ru)以上公式求得的信號(hao)源ci)涑chu)噪聲功率為0.45 x 10-12 mW。

圖3、確定信號(hao)源ci)涑chu)的噪聲功率(左)和打開(kai)預放時頻譜儀自身(shen)噪聲功率譜密度(右(you))

當連接待測(ce)件時,測(ce)試的15MHz處的噪聲功率NSG&DUT&SA為-29.32dBm,其(qi)包含(han)了DUT輸出(chu)的總噪聲功率和tui)燈滓親隕shen)引入(ru)的噪聲功率,因此滿足如下關系︰

NSG&DUT&SA=Nin?GDUT+kBTDut&SA?GDUT

可進一步化簡為

NSG&DUT&SA=Nin?GDUT+kBT0?(FDUT&SA-1)?GDUT

上面已經求出(chu)Nin=0.45 x 10-12mW,且待測(ce)件增益為86dB,則(ze)代入(ru)上式得FDUT&SA=7.25 .

由(you)于待測(ce)件的增益很高,為了防止射頻以yue)爸zhong)頻過(guo)載(zai),此時將(jiang)頻譜儀的射頻衰減度設置為60dB,那(na)麼等效(xiao)的噪聲系數約(yue)為66.68dB,最終計算出(chu)的待測(ce)件的噪聲因子(zi)為FDUT=7.24 (8.6dB)。

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