Устройство для измерения параметра низкочастотного шума

Изобретение относится к измерению шумов полупроводниковых изделий. Сущность: устройство содержит предварительный усилитель, два независимых канала, работающих в одинаковой полосе частот на разных центральных частотах, дифференциальный усилитель, логарифмическую шкалу и устройство автоматической регулировки усиления, позволяющее автоматически калибровать коэффициент усиления предварительного усилителя. Технический результат: снижение трудоемкости измерений. 1 ил.

 

Изобретение относится к области радиоизмерений, а именно к измерению шумов полупроводниковых изделий, и может быть использовано для лабораторных и цеховых измерений параметра шума γ.

Известно устройство [1], применимое для непосредственного получения параметра низкочастотного шума γ, в конструкции которого применяется блок преобразования аналогового сигнала, подключенного через схему гальванической развязки к ЭВМ.

Недостатком данного устройства является сложность программной и схемотехнической реализации, а также его высокая стоимость.

Наиболее близким аналогом является устройство [2], применимое для исследования различных шумовых характеристик полупроводниковых изделий (ППИ), содержащее схему с одним селективным каналом прямого усиления шума с квадратичным детектором и измерительной шкалой на выходе схемы.

Недостатком устройства является необходимость проведения нескольких измерений, связанных с получением данных для последующего расчета параметра низкочастотного шума γ, что существенно увеличивает трудоемкость процесса.

Изобретение направлено на уменьшение трудоемкости получения коэффициента γ.

Это достигается тем, что в схему устройства вводится параллельно второй дополнительный селективный канал прямого усиления шума с квадратичным детектором, предварительный усилитель на входе селективных каналов с изменяемым коэффициентом усиления, автоматическая регулировка усиления предварительного усилителя, управляемая выходным напряжением второго селективного канала усиления, и дифференциальный усилитель сигналов с выхода обоих каналов усиления с подключенной к его выходу логарифмической шкалой, позволяющей непосредственно отображать значение γ.

На чертеже дана блок-схема предлагаемого устройства. Оно содержит исследуемое изделие 1, предварительный усилитель 2 с изменяемым коэффициентом усиления, два селективных канала прямого усиления 3 и 4, в каждом из которых есть квадратичный детектор, автоматическую регулировку усиления 5 предварительного усилителя. Кроме того, в измерителе имеется дифференциальный усилитель 6 и логарифмическая шкала 7.

В основу устройства положено эмпирическое выражение для аппроксимации зависимости низкочастотного шума от режима работы [3]:

где - эквивалентный генератор шумового тока (или напряжения), I - рабочий ток; Δf - единичная полоса частот; f - центральная частота; А, α, γ - коэффициенты.

Из выражения (1) при двух разных частотах в случае измерения напряжения низкочастотного шума, а также постоянных параметрах измерения Δf и I соотношение для γ имеет вид:

где и значения шума при f₁ и f₂ (f₂>f₁).

Значение частот f₁ и f₂ определяется центральными частотами селективных каналов прямого усиления 3 и 4, имеющих в данной установке одинаковую единичную полосу Δf. Величина на выходе селективного канала 4 с помощью автоматической регулировки усиления (АРУ) 5 предварительного усилителя 2 стабилизируется и также является константой, таким образом, γ в этом устройстве логарифмически зависит лишь от , (выражение (2)) на выходе дифференциального усилителя 6, что позволяет отображать этот коэффициент непосредственно на шкале прибора 7.

Устройство работает следующим образом. Шумовой сигнал исследуемого изделия 1 после предварительного усилителя 2 подается на два селективных канала прямого усиления 3 и 4 с квадратичными детекторами и центральными частотами 200 Гц и 1 кГц. Ширина полосы частот в обоих каналах Δf равна 200 Гц. Введение автоматической регулировки усиления 5 изменяет коэффициент усиления предварительного усилителя 2 таким образом, что на выходе селективного канала прямого усиления 4 напряжение остается постоянным. Сигнал с выходов селективных каналов подается через дифференциальный усилитель 6 на шкалу вольтметра 7 отградуированной в значениях γ.

Источники информации

1. Кострюков С.А. Автоматизированная установка для измерения СПМ низкочастотных шумов // Мат. докл. научн.-техн. сем. "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах". М., 2004, с.106-109.

2. Гарбар Н.П., Лукьянчикова Н.Б., Абру У.Р., Жариков В.А., Кропман Д.И. Установка для измерения шумовых характеристик микросхем и дискретных транзисторов на пластинах. // Электронная промышленность. 1991, №6, с.27-29.

3. Врачев А.С. Возможности низкочастотного шума как прогнозирующего параметра при оценке качества и надежности изделий электронной техники. // Мат. докл. научн.-техн. сем. "Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах". М., 1996, с.191-197.

Устройство для измерения параметра низкочастотного шума γ, включающее в себя схему с селективным усилением шума с квадратичным детектором и измерительной шкалой на выходе, отличающееся тем, что в схему устройства вводится дополнительный параллельный канал селективного усиления, предварительный усилитель с изменяемым коэффициентом усиления, выход которого подключен к входам основного и дополнительного селективного канала усиления, автоматическая регулировка усиления предварительного усилителя, управляемая сигналом дополнительного канала селективного усиления, и дифференциальный усилитель, с которого разность выходных напряжений основного и дополнительного каналов подается на логарифмическую шкалу, непосредственно отображающую коэффициент γ.