电子元器件低频电噪声测试技术及应用分析

电子元器件低频电噪声测试技术及应用分析 摘 要 电子元器件低频电噪声是载流子的微运动表现，其精确的测量能够为噪声特性、产生机理研究与应用分析奠定基础。通过噪声测试能够对电子元器件中与载流子输运相关基础理论进行有效验证，同时促进对噪声现象物理本源的探索。电噪声应用是噪声测试技术与噪声机理研究的目的之一，对电子元器件应力损伤、缺陷、质量以及工艺水平、可靠性与低频电噪声之间的相关性进行研究，可发展基于噪声的表征方法，再应用到元器件可靠性筛选、质量评定、工艺控制以及设计优化方面。本文系统的对电子元器件低频噪声监测技术以及应用方法进行了研究，主要有低噪声放大技术、低噪声处理技术方面关键原理与应用。 【关键词】电子元器件 低频噪声 测试技术 应用分析 噪声是自然界普遍存在的现象，人们对噪声的认识食欲直观的视觉与听觉，电子系统噪声在视觉系统与听觉系统中反应时“噪点”与“噪音”。电子器件内在的噪声是 电子系统“噪点”与“噪声”的来源，故电子器件噪声制约着整机检验灵敏度、噪声大小以及保真度、误触发率、分辨率等指标。对电子器件低频噪声测试以及应用进行研究，具有重要的应用价值，在噪声中包含大量器件物理特性信息，通过噪声测试分析能得到噪声与器件缺陷、材料以及结构之间的关联，可作为研究、工程的有力支撑。 1 研究概括 电子系统以及电子器件噪声测试与应用起始于洛伦兹1912年对电子随机运动的研究，其后随着电子系统与电子器件的发展，人们对噪声测试研究的范围也更加广泛。在噪声检测技术方面，伴随对噪声研究的深入发展，噪声检测技术也得到了明显的提升。早期噪声测试采用的方法主要为模拟测试，来实现对电子器件特定频带的噪声测试。但是随着技术的不断发展，其后噪声测试逐渐发展为将低噪声放大器、滤波器融合成具备滤波功能的低噪声放大器，进而能够获得噪声食欲以及频域测试，其也将成为主流的噪声测试方法。 2 低噪声放大技术 在噪声测试过程中，怎样有效、准确的对电子元器件中微弱的噪声信号测试非常关键。为了能够准确的测试噪声，不仅需要降低测试系统自身产生的噪声，同时还需要对电子元器件所产生的噪声 进行放大处理。该环节可以应用的技术手段有以下两种：a、双通道互谱测试技术：该技术是在单通道测试技术的基础上发展而成的，其基本的技术原理是：两个随机产生信号间具有非相关性特点，因此可以借助相关性计算的方式聊消除随机信号对结果的影响，进而达到 降低系统背景噪声目的。该项技术的应用优势有：能够在不改变放大器自身噪声的情况下，借助噪声非相关性原理，让放大噪声给测量结果的影响降到最低。该技术的实施需要配置完全独立的两个测试放大器，需要频谱分析设备，因此在应用中也存在一定局限性；b、并联结构低噪声处理技术：针对双通道互谱测试技术存在的局限性，需要进一步展开单通道测试环境下放大器低噪声化技术应用方法的研究。常规的技术手段较多，但是均不能满足噪声测试的要求。因此提出建立在并联结构基础上，能够降低放大器背景噪声技术非常必要。并联结构低噪声技术在应用时，会在一定程度上增加电流噪声，其与并联总数具有一定的相关性，因此并联结构低噪声技术仅适用于对低阻抗样品进行噪声测试工作。 3 数据采样技术 在对电器元件进行低频噪声测试中，还需要将噪声数据快速、准确采集，在A/D转换基础上进行数据采集。在Labview软件平台下课应用DMA双缓冲技术与数据采样。双缓冲技术基本原理是，在数据通过集卡写入循环缓冲时进行双缓冲操作，并在采集卡进行自循环缓冲第二部分时进行 写入数据，用户可以将第一部分数据上传至计算机的内传输缓冲中，用户根据程序需求来进行数据处理。当循环缓冲到第二部分被数据写满后可以转回至第一部分，覆盖原始数据。这时用户可将第二部分数据上传至计算机内传输缓冲，重复上述过程，这样用户便能够得到连续的数据流。该技术的应用优势是能够保证低频噪声采集数据连续性，但是计算机传输在高速传输、数据量大的情况下会受到限制。 4 噪声数据处理技术 通过上述环节得到电子元器件的低频电噪声信号后，还应对噪声信号进行处理、分析。所得到的电噪声信号通过傅里叶变化后，在对应的频域范围内对其特性进行研究。例如：RTS噪声，在对所采集的数据进行提取、处理过程中，分析认为，以往分析RTS噪声采取的方式是RTS信号中的一段，对高低电流对应的幅度、时间进行分析，如果需要对测量精度进行分析，则需要手工提取多段数据的分析平均值。该方式，运算点数有效，且评估结果会受到低频扰动影响。因此在建立数字滤波基础上的噪声提取方法，在数据处理过程中，低频扰动在差分处理下被消除。大量数据拟合提高精度，且可给予数据统计来抵消高低电流段存在的高频与低频干扰。 5 结语 噪声测试能对电子元器件与载流子输运的相关基础理论进行验证，促进对噪声现象物理本源探索。电噪声的应用是噪声测试技术与噪声机理研究目的之一，应用到实践后能够进一步提高低频电噪声的测试水平与测试精度，促进建立在噪声表征基础上的电子元器件可靠性评估、设计优化以及工艺控制水平的提升。 参考文献 1包军林，庄奕琪，杜磊等.基于虚拟仪器的电子器件低频噪声测试分析系统J.仪器仪表学报，2004，25（z1）：351-353，356. 2郑磊.电子元器件散粒噪声特性及测试方法研究D.西安电子科技大学，2009.DOI：10.7666/d.y. 3王栋.介质材料电噪声测试技术及其应用研究D.西安电子科技大学，2008.DOI：10.7666/d.y. 4陈晓娟，贾明超，隋吉生等.改进型低频噪声测量方法研究J.电测与仪表，2014，51（8）：60-64. 5刘玉栋.电子元器件材料电应力损伤与噪声相关性研究D.西安电子科技大学，2011.DOI：10.7666/d.y. 6吴勇，杜磊，庄奕琪等.镍铬薄膜电阻器噪声特性研究J.电子元件与材料，2006，25（1）：55-58，65. 7刘远，吴为敬，李斌等.