一種基于虛擬儀器的低頻噪聲測(cè)試系統(tǒng)

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1、基于虛擬儀器的電子器件低頻噪聲測(cè)試分析系統(tǒng)*包軍林,莊奕琪,李偉華,杜磊(西安電子科技大學(xué)微電子研究所，西安710071)摘要低頻噪聲已經(jīng)作為一個(gè)重要的參量用于軍用電子元器件的可靠性篩選和評(píng)估。本文介紹了一種基于虛擬儀器的電子器件低頻噪聲測(cè)試分析系統(tǒng)。與傳統(tǒng)以通用儀器組建的噪聲測(cè)試系統(tǒng)相比，不僅成本低，而且實(shí)現(xiàn)了電子器件低頻噪聲的實(shí)時(shí)、快速測(cè)量，并可對(duì)其各個(gè)表征參量進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和提取。關(guān)鍵字：低頻噪聲虛擬儀器可靠性篩選NoiseTestingandanalyzingsystemofElectronicDevicebasedonvirtualinstrumentationBaoJunl

2、in,ZhuangYiqi,LiWeihua,Dulei(ResearchInst.ofMicroelectronics,XidianUni.,Xi’an710071China)AbstractAsanimportantway,thelow-frequencynoisehasbeenusedtoevaluateandscreenthereliabilityofmilitary-usedelectronicdevice.Anoisetestingandanalyzingsystemofelectronicdevice,basedontheideaofvirtualinstrumentat

3、ion,isintroduced.Thissystemnotonlyhasahigherratioofperformancetopricethantheformerone,whichisassemblingthecommonlyusedapparatusintoatestingsystem,butalsocanmakeafastandreal-timenoise’smeasure,includingallitsparametersanalyzedandpicked-upexactly.Keywords:low-frequencynoise,virtualinstrument,relia

4、bilityscreen41引言電子器件的內(nèi)部噪聲（特別是低頻噪聲）是制約器件靈敏度和檢測(cè)精度的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，同時(shí)也是表征器件質(zhì)量和可靠性的一個(gè)重要的敏感參數(shù)，對(duì)電子器件內(nèi)部噪聲的檢測(cè)與分析是其可靠性保證的一個(gè)有效手段[1-3]。同時(shí)，在我國(guó)的的一些有關(guān)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)軍用標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)把噪聲參數(shù)規(guī)定為有關(guān)器件可靠性評(píng)估、可靠性診斷和可靠性加嚴(yán)篩選的必測(cè)指標(biāo)。傳統(tǒng)的電子器件噪聲測(cè)試分析系統(tǒng)是以通用儀器為測(cè)試平臺(tái)的構(gòu)建方式，這種系統(tǒng)利用頻譜分析儀來測(cè)量噪聲的功率譜，用數(shù)字示波器來測(cè)量噪聲的時(shí)間系列。但能滿足噪聲－可靠性分析要求的該儀器目前國(guó)內(nèi)不能生產(chǎn)，而進(jìn)口儀器又因?yàn)閮r(jià)格過高限制了它的使用。

5、更為重要的是此類系統(tǒng)的可升級(jí)性差，系統(tǒng)的功能擴(kuò)展往往受到系統(tǒng)硬件（尤其是頻譜分析儀和數(shù)字示波器的測(cè)試范圍）的限制。4針對(duì)這一情況，我們開發(fā)并研制了一套以微機(jī)為測(cè)試平臺(tái)，基于虛擬儀器的電子器件低頻噪聲測(cè)試分析系統(tǒng)。大量的測(cè)試結(jié)果表明該系統(tǒng)具有測(cè)試精度高、功能覆蓋面廣、系統(tǒng)可升級(jí)性好、性能價(jià)格比高的優(yōu)點(diǎn)。主控模塊信號(hào)采集模塊功率譜分析模塊時(shí)間序列分析模塊集總參數(shù)模塊輸出模塊采樣頻率控制采樣點(diǎn)數(shù)控制內(nèi)置增益控制峰峰值檢測(cè)真有效值檢測(cè)平滑處理寬帶噪聲等效輸入噪聲噪聲系數(shù)圖形輸出報(bào)告輸出打印控制FFT變換加窗選擇平均化處理圖2儀器軟件構(gòu)成框圖2系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理該系統(tǒng)是基于虛擬儀器技術(shù)的一套完

6、整的電子器件低頻噪聲測(cè)試儀器。其主要的功能是在軟件的控制下實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集分析的處理的，因而可以完成傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)無法達(dá)到的對(duì)被測(cè)信號(hào)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高速的采集和分析。2.1硬件系統(tǒng)及其工作原理電子器件的低頻噪聲十分微弱，如單位帶寬的噪聲電壓可低至10nV，單位帶寬的噪聲電流可低至1pA。因此，要能有效地檢測(cè)這種噪聲，測(cè)試系統(tǒng)必須具有足夠高的輸入靈敏度。為此，本系統(tǒng)采用如圖1所示的框架，由器件適配器、偏置器、低噪聲前置放大器、數(shù)據(jù)采集卡和微型計(jì)算機(jī)五大部分組成。器件適配器和偏置器主要是根據(jù)各種待測(cè)器件的噪聲測(cè)試和傳遞函數(shù)測(cè)試的具體要求，提供偏置電壓、偏置電流、源電阻并配置外接元件，使之處于噪聲

7、測(cè)試所要求的工作狀態(tài)之下，并通過交流耦合的方法將噪聲信號(hào)提取出來，經(jīng)過前置放大器的放大和數(shù)據(jù)采集卡的采樣將其送至微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理、存儲(chǔ)和打印輸出。白噪聲源偏置器電源被測(cè)對(duì)象低噪聲前放控制與分析微機(jī)A/D數(shù)據(jù)采集卡低噪聲前放D/A波形輸出卡打印機(jī)2.2軟件系統(tǒng)及其工作原理電子測(cè)量?jī)x器經(jīng)歷了由模擬儀器、智能儀器到虛擬儀器。由于計(jì)算機(jī)性能以摩爾定律的速度發(fā)展，已把傳統(tǒng)儀器遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋到后面，并給虛擬儀器生產(chǎn)廠家不斷帶來較高的技術(shù)更新速率?；谔摂M儀器