電子器件散粒噪聲的測試方法

隨著社會的進步和科技的發展，電子器件在生活中越發普及，第二次工業革命使人類社會正式進入了電氣時代，第三次工業革命使人類社會進入了信息時代，現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物，雖然科技在持續進步，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知識出發，淺析散粒噪聲的測試方法。

【關鍵詞】電子器件 散粒噪聲 相關知識 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領域幾乎都可以覓得電子器件的身影，基于電子器件應用的廣泛性和普遍性，對其相關技術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，對通信質量等造成不良影響，為了使電子器件更好的服務于生活，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，是一種由于電子發射的不均勻性引起的噪聲，通常出現在一些通信設備的有源器件中。根據相關文獻記載，散粒噪聲最早在1918年已經被發現，技術人員進行了各種分析，得出了一些有利于改進的經驗，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半導體器件，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。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，包括通信質量等，存在于電話中的散粒噪聲會影響通話質量，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域或者追求高質量生活的人群來說，就是不可接受的了。不過，在電化學的相關研究中，當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構，用于信號調制度、譜純度、失真度、頻率穩定度和交調失真等相關測量，可以用于測量放大器和濾波器等電路系統的某些參數。

頻譜記錄儀使用方便、科學性較好，但是價格較為昂貴，而且操作比較復雜。

2.2 使用超導量子干涉磁強計和偏置橋電路進行測試

在測試中，將超導量子干涉磁強計和偏置橋電路放置在溫度較低的環境中，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生的電流噪聲轉換為電磁信號，同時為被測電阻提供測試所需的偏置電流，通過以上設置可以消除超導量子干涉磁強計輸入電流產生的直流電流的分量。具體操作時，通過偏置橋電路，將電阻產生的電流波動轉化為電磁信號，之后再利用超導量子干涉磁強計的接收設備對電磁信號進行接收合放大，從而獲得測試結果。

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出來，通常不通過專業設備難以有效分辨，本質上講，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，散粒噪聲相關研究不必再在非常低的溫度下進行，一般而言，通過抑制熱噪聲，就可以捕捉到散粒噪聲。

3.2 設備的專業性

包括頻譜分析儀等在內，設備的好壞和精度會對測試結果產生一定的影響，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境里會產生一定程度的誤差，使測試結果變得不精確，因此，在溫度環境不能隨意變更的情況下，需要盡可能采用較為優質的設備進行測試和相關的記錄。

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，測試時的溫度應該處于較低的水平中，具體溫度可以結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，二者受到不同環境影響也會有不同的強弱變現，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。

4.2 保障設備的專業性

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

4.3 盡量降低系統噪聲

系統噪聲來源于測試設備，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趨于成熟，但不意味著沒有改進的空間，技術人員可以在目前工藝的基礎上，盡可能的進行改良，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星通信中經常采用，由于成本較高，同時應用范圍并不很廣泛，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境接近實驗室水平，從而降低散粒噪聲的影響。

6 總結

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境中對電子器件的影響程度，為降低散粒噪聲影響、改進電子器件的工作效果提供一些有利的數據支持。

參考文獻

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作者簡介

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

作者單位

中國空空導彈研究院 河南省洛陽市 471099