一种基于虚拟仪器的低频噪声测试系统

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1、基于虚拟仪器的电子器件低频噪声测试分析系统*包军林,庄奕琪,李伟华,杜磊(西安电子科技大学微电子研究所，西安710071)摘要低频噪声已经作为一个重要的参量用于军用电子元器件的可靠性筛选和评估。本文介绍了一种基于虚拟仪器的电子器件低频噪声测试分析系统。与传统以通用仪器组建的噪声测试系统相比，不仅成本低，而且实现了电子器件低频噪声的实时、快速测量，并可对其各个表征参量进行准确的分析和提取。关键字：低频噪声虚拟仪器可靠性筛选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引言电子器件的内部噪声（特别是低频噪声）是制约器件灵敏度和检测精度的一个关键指标，同时也是表征器件质量和可靠性的一个重要的敏感参数，对电子器件内部噪声的检测与分析是其可靠性保证的一个有效手段[1-3]。同时，在我国的的一些有关国家军用标准、行业军用标准已经把噪声参数规定为有关器件可靠性评估、可靠性诊断和可靠性加严筛选的必测指标。传统的电子器件噪声测试分析系统是以通用仪器为测试平台的构建方式，这种系统利用频谱分析仪来测量噪声的功率谱，用数字示波器来测量噪声的时间系列。但能满足噪声－可靠性分析要求的该仪器目前国内不能生产，而进口仪器又因为价格过高限制了它的使用。

5、更为重要的是此类系统的可升级性差，系统的功能扩展往往受到系统硬件（尤其是频谱分析仪和数字示波器的测试范围）的限制。4针对这一情况，我们开发并研制了一套以微机为测试平台，基于虚拟仪器的电子器件低频噪声测试分析系统。大量的测试结果表明该系统具有测试精度高、功能覆盖面广、系统可升级性好、性能价格比高的优点。主控模块信号采集模块功率谱分析模块时间序列分析模块集总参数模块输出模块采样频率控制采样点数控制内置增益控制峰峰值检测真有效值检测平滑处理宽带噪声等效输入噪声噪声系数图形输出报告输出打印控制FFT变换加窗选择平均化处理图2仪器软件构成框图2系统的构成和工作原理该系统是基于虚拟仪器技术的一套完

6、整的电子器件低频噪声测试仪器。其主要的功能是在软件的控制下实现信号的采集分析的处理的，因而可以完成传统测试系统无法达到的对被测信号实时、准确、高速的采集和分析。2.1硬件系统及其工作原理电子器件的低频噪声十分微弱，如单位带宽的噪声电压可低至10nV，单位带宽的噪声电流可低至1pA。因此，要能有效地检测这种噪声，测试系统必须具有足够高的输入灵敏度。为此，本系统采用如图1所示的框架，由器件适配器、偏置器、低噪声前置放大器、数据采集卡和微型计算机五大部分组成。器件适配器和偏置器主要是根据各种待测器件的噪声测试和传递函数测试的具体要求，提供偏置电压、偏置电流、源电阻并配置外接元件，使之处于噪声

7、测试所要求的工作状态之下，并通过交流耦合的方法将噪声信号提取出来，经过前置放大器的放大和数据采集卡的采样将其送至微机进行数据的分析处理、存储和打印输出。白噪声源偏置器电源被测对象低噪声前放控制与分析微机A/D数据采集卡低噪声前放D/A波形输出卡打印机2.2软件系统及其工作原理电子测量仪器经历了由模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器。由于计算机性能以摩尔定律的速度发展，已把传统仪器远远抛到后面，并给虚拟仪器生产厂家不断带来较高的技术更新速率。基于虚拟仪器