電子器件散粒噪聲的測試方法

隨著社會的進(jìn)步和科技的發(fā)展，電子器件在生活中越發(fā)普及，第二次工業(yè)革命使人類社會正式進(jìn)入了電氣時代，第三次工業(yè)革命使人類社會進(jìn)入了信息時代，現(xiàn)代社會生活中所用到的各類電子器件，幾乎都是兩個時代共同作用下的產(chǎn)物，雖然科技在持續(xù)進(jìn)步，但電子器件依然存在各種問題，散粒噪聲是其中相對較為普遍的一個，本文從散粒噪聲的相關(guān)知識出發(fā)，淺析散粒噪聲的測試方法。

【關(guān)鍵詞】電子器件 散粒噪聲 相關(guān)知識 測試方法

目前社會生活中所使用的電子器件多種多樣，從基本的日常生活到高新技術(shù)領(lǐng)域幾乎都可以覓得電子器件的身影，基于電子器件應(yīng)用的廣泛性和普遍性，對其相關(guān)技術(shù)也提出了更高的要求，散粒噪聲是目前多種電子器件使用時存在的問題，一般會隨著電流的強度變化，對通信質(zhì)量等造成不良影響，為了使電子器件更好的服務(wù)于生活，對散粒噪聲的測試是十分必要的。

1 散粒噪聲的相關(guān)知識簡介

1.1 什么是散粒噪聲

散粒噪聲也被稱為散彈噪聲，是一種由于電子發(fā)射的不均勻性引起的噪聲，通常出現(xiàn)在一些通信設(shè)備的有源器件中。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，散粒噪聲最早在1918年已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，技術(shù)人員進(jìn)行了各種分析，得出了一些有利于改進(jìn)的經(jīng)驗，不過就目前的科技條件而言，散粒噪聲依然是很難完全避免的。

1.2 散粒噪聲產(chǎn)生的原理

簡單的說，散粒噪聲是由形成電流的載流子的分散性造成的，目前來看，社會生活中所使用的大多數(shù)半導(dǎo)體器件，包括計算機、電話、手機以及前些年廣泛流行的收音機等，噪聲的主要來源都是散粒噪聲。在高頻情況下，散粒噪聲譜變得與頻率有關(guān)。而在低頻和中頻下，頻率不會影響到散粒噪聲。

1.3 散粒噪聲的不良影響

鑒于散粒噪聲存在的普遍性，它直接影響著日常生活，包括通信質(zhì)量等，存在于電話中的散粒噪聲會影響通話質(zhì)量，存在于計算機中的散粒噪聲也會對計算機的正常工作造成不良影響，盡管這種影響一般情況下并不會特別大，但對于一些較為重要的領(lǐng)域或者追求高質(zhì)量生活的人群來說，就是不可接受的了。不過，在電化學(xué)的相關(guān)研究中，當(dāng)電流流過被測體系時，如果被測體系的局部平衡仍沒有被破壞，此時散粒噪聲是可以忽略不計的。

2 電子器件散粒噪聲的測試方法

2.1 利用頻譜分析儀進(jìn)行噪聲分析

頻譜分析儀一種多用途的電子測量儀器，主要是研究電信號頻譜結(jié)構(gòu)，用于信號調(diào)制度、譜純度、失真度、頻率穩(wěn)定度和交調(diào)失真等相關(guān)測量，可以用于測量放大器和濾波器等電路系統(tǒng)的某些參數(shù)。

頻譜記錄儀使用方便、科學(xué)性較好，但是價格較為昂貴，而且操作比較復(fù)雜。

2.2 使用超導(dǎo)量子干涉磁強計和偏置橋電路進(jìn)行測試

在測試中，將超導(dǎo)量子干涉磁強計和偏置橋電路放置在溫度較低的環(huán)境中，在用于測量電子器件的散粒噪聲時，偏置橋電路可以將被測電阻產(chǎn)生的電流噪聲轉(zhuǎn)換為電磁信號，同時為被測電阻提供測試所需的偏置電流，通過以上設(shè)置可以消除超導(dǎo)量子干涉磁強計輸入電流產(chǎn)生的直流電流的分量。具體操作時，通過偏置橋電路，將電阻產(chǎn)生的電流波動轉(zhuǎn)化為電磁信號，之后再利用超導(dǎo)量子干涉磁強計的接收設(shè)備對電磁信號進(jìn)行接收合放大，從而獲得測試結(jié)果。

3 散粒噪聲測試的一些條件

3.1 溫度和偏置條件

電子器件的熱噪聲和散粒噪聲均會被以白噪聲的形式表現(xiàn)出來，通常不通過專業(yè)設(shè)備難以有效分辨，本質(zhì)上講，熱噪聲是一種平衡噪聲，受溫度影響，溫度升高往往熱噪聲就會變大，同時，熱噪聲不會受到偏置的影響，而散粒噪聲與溫度的關(guān)系并不是直接的，但卻會受到偏置的直接影響。新的研究表明，散粒噪聲相關(guān)研究不必再在非常低的溫度下進(jìn)行，一般而言，通過抑制熱噪聲，就可以捕捉到散粒噪聲。

3.2 設(shè)備的專業(yè)性

包括頻譜分析儀等在內(nèi)，設(shè)備的好壞和精度會對測試結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，通常來說，溫度升高會使散粒噪聲變得不容易被捕捉，而在較低的溫度條件下散粒噪聲會清晰許多，但需要注意的是，很多儀器在溫度較低的環(huán)境里會產(chǎn)生一定程度的誤差，使測試結(jié)果變得不精確，因此，在溫度環(huán)境不能隨意變更的情況下，需要盡可能采用較為優(yōu)質(zhì)的設(shè)備進(jìn)行測試和相關(guān)的記錄。

4 對電子器件散粒噪聲測試時需要注意的問題

4.1 溫度相對要較低

鑒于熱噪聲的影響，測試時的溫度應(yīng)該處于較低的水平中，具體溫度可以結(jié)合實驗室實際情況而定。熱噪聲和散粒噪聲都屬于白噪聲，分辨起來有一定難度，二者受到不同環(huán)境影響也會有不同的強弱變現(xiàn)，通常來說，較低的溫度可以有效降低熱噪聲的影響，而熱噪聲的影響越低，往往散粒噪聲的捕捉和測試就會越簡單和科學(xué)。

4.2 保障設(shè)備的專業(yè)性

設(shè)備不可避免會出現(xiàn)熱脹冷縮等一系列物理現(xiàn)象，或者本身出現(xiàn)故障，這都會對實驗結(jié)果造成影響，為求盡量避免這種情況，對設(shè)備的要求必須嚴(yán)格，包括各種儀器在不同溫度條件下出現(xiàn)的誤差值、其本身測量精度等，盡可能保障測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

4.3 盡量降低系統(tǒng)噪聲

系統(tǒng)噪聲來源于測試設(shè)備，包括放大器背景、偏置元件和偏置電源等，必須控制總噪聲低于散粒噪聲至少一個量級，這又要求獨立的噪聲源要低于散粒噪聲至少2-3個量級，否則對散粒噪聲的捕捉和測試都會造成很大困擾。

5 降低散粒噪聲的有效方法

5.1 使用低噪聲材料

一般來說，各種電子器件所需要的材料不止一種，比如銀和鋁在某些設(shè)備中可以通用，而銅、鎢的使用也十分廣泛，有鑒于此，可以通過不斷的實驗尋求一種噪聲較低的材料用于電子器件的制造。

5.2 改良制造工藝

目前的電子器件制造工藝已經(jīng)趨于成熟，但不意味著沒有改進(jìn)的空間，技術(shù)人員可以在目前工藝的基礎(chǔ)上，盡可能的進(jìn)行改良，將散粒噪聲的影響降到最低。

5.3 將放大器放置在溫度較低的容器中

這一措施，在接收很微弱信號的衛(wèi)星通信中經(jīng)常采用，由于成本較高，同時應(yīng)用范圍并不很廣泛，一般來說日常生活中不會用到，但可以盡量使電子器件的工作環(huán)境接近實驗室水平，從而降低散粒噪聲的影響。

6 總結(jié)

散粒噪聲對通信等社會活動的影響目前來看很難避免，但可以通過測試得出散粒噪聲在不同環(huán)境中對電子器件的影響程度，為降低散粒噪聲影響、改進(jìn)電子器件的工作效果提供一些有利的數(shù)據(jù)支持。

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作者簡介

王予峰（1977-），男，甘肅省天水市人。碩士學(xué)位?，F(xiàn)任中國空空導(dǎo)彈研究院部長，高工職稱。研究方向為綜合保障。

作者單位

中國空空導(dǎo)彈研究院 河南省洛陽市 471099