一种热噪声测试装置及方法与流程

本发明涉及半导体测试，尤其涉及一种热噪声测试装置及方法。

背景技术：

1、热传感器的传感性能受到其噪声的限制，噪声的大小决定了热传感器性能的极限。由于热传感器自身存在的热噪声问题，会对输出的温度信号产生干扰，因此，对热传感器的热噪声测试尤为重要。

2、在热成像领域中，噪声等效温差(netd)是热传感器能传感到的最小温差，也是热传感器特有的重要性能指标。因此，为了更好地提高热系统的性能，需要精确测量出热传感器的实际热噪声值，从而针对热传感器及其处理电路进行噪声改进、优化电路。如果要精确测量热传感器的热噪声，就需要消除测试电路及其他因素对热传感器噪声测试的影响。因此，针对热传感器的热噪声，需要更加精确的测量方法。

3、目前，常用的热噪声测量方法主要包括以下两种。一种是在隔绝环境中热信号对传感器的影响的测试条件下，直接读取热传感器受到热辐射后的输出电压信号峰值，并把该值作为最终的热噪声值。但使用该方法测量热噪声时，电路中放大器本身存在的噪声，会影响测量对热传感器热噪声的读取结果，并且，由于热传感器本身的噪声波动较大，因而无法获得高精度的热传感器热噪声值。

4、另一种常用方法，是在读取整个测试系统的噪声后，将被测热传感器由测试电路中除去，并用精密线绕电阻代替被测热传感器，再次读取整个系统的噪声。但这种方法忽略了线绕电阻和被测热传感器之间本身就已存在的器件差异，其未考虑线绕电阻产生的热噪声对测量结果的影响，因此同样难以精确获得热传感器的热噪声值。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种热噪声测试装置及方法。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、本发明提供一种热噪声测试装置，包括：

4、设于测试系统中的电源输入模块、被测器件模块、信号发生模块、阻性支路模块和信号采集及分析模块；

5、所述电源输入模块用于向所述被测器件模块提供偏置信号；

6、所述信号发生模块用于向所述被测器件模块提供测试信号；所述信号发生模块通过所述阻性支路模块接地；

7、所述被测器件模块包括待测器件和参考器件；

8、所述信号采集及分析模块用于测量所述测试系统的热噪声信号；

9、其中，通过将所述参考器件或所述待测器件交替接入在所述测试系统中，并在相同的条件下，通过所述信号采集及分析模块分别测量所述参考器件接入时的第一系统热噪声信号值，和所述待测器件接入时的第二系统热噪声信号值，并根据已知的所述参考器件的第一器件热噪声值，计算得到所述待测器件的第二器件热噪声值。

10、进一步地，还包括：设于所述测试系统中的信号放大输出模块；所述信号放大输出模块用于对所述参考器件和所述待测器件的输出信号进行放大，并对应输出第一系统热噪声信号值和第二系统热噪声信号值，所述信号采集及分析模块还根据所述信号放大输出模块的放大倍数，计算得到所述第二器件热噪声值。

11、进一步地，所述信号采集及分析模块包括信号采集模块和分析模块，所述信号采集模块用于测量所述第一系统热噪声信号值和所述第二系统热噪声信号值，所述分析模块用于根据所述第一系统热噪声信号值和所述第二系统热噪声信号值，所述第一器件热噪声值，所述信号放大输出模块的放大倍数，以及所述信号采集模块的工作带宽，计算得到所述第二器件热噪声值。

12、进一步地，所述阻性支路模块设有标准电阻，所述标准电阻的一端连接所述信号发生模块，所述标准电阻的另一端接地。

13、进一步地，所述电源输入模块包括偏置电源，所述信号发生模块包括标准信号发生器，所述信号放大输出模块包括运算放大器，和/或，所述信号采集模块包括频谱分析仪。

14、进一步地，还包括：信号屏蔽模块，用于将所述测试系统与外部进行信号隔离。

15、本发明还提供一种热噪声测试方法，包括：

16、提供待测器件和参考器件；

17、将参考器件接入测试系统中；

18、向所述参考器件提供偏置信号和测试信号；

19、测量所述参考器件输出的第一系统热噪声信号值；

20、以所述待测器件代替所述参考器件接入所述测试系统中；

21、在相同的条件下，测量所述待测器件输出的第二系统热噪声信号值；

22、根据所述第一系统热噪声信号值，所述第二系统热噪声信号值，和已知的所述参考器件的第一器件热噪声值，计算得到所述待测器件的第二器件热噪声值。

23、进一步地，所述测量所述参考器件输出的第一系统热噪声信号值，具体包括：

24、先对所述参考器件输出的第一初始系统热噪声信号进行放大，再对经放大后生成的所述第一系统热噪声信号值进行测量；

25、所述在相同的条件下，测量所述待测器件输出的第二系统热噪声信号值，具体包括：

26、向所述待测器件提供相同的所述偏置信号和所述测试信号，并先对所述待测器件输出的第二初始系统热噪声信号按相同放大倍数进行放大，再对经放大后生成的所述第二系统热噪声信号值进行测量；

27、还根据所述放大倍数，计算得到所述第二器件热噪声值。

28、进一步地，还包括：在一定的工作带宽下，测量所述第一系统热噪声信号值和所述第二系统热噪声信号值，以及还根据所述工作带宽，计算得到所述第二器件热噪声值。

29、进一步地，计算得到的所述第二器件热噪声值vd，满足以下公式：

30、

31、其中，vn为第二系统热噪声信号值，vn为第一系统热噪声信号值，vc为第一器件热噪声值，g为信号放大倍数，δf为工作带宽。

32、由上述技术方案可以看出，本发明通过先利用一个参考器件接入测试系统中，在一定的工作带宽下，通过信号采集模块(频谱分析仪)测出整个系统的热噪声信号值(第一系统热噪声信号值)，之后，再用待测器件代替参考器件接入测试系统中，并在相同的条件下，通过同一个信号采集模块(频谱分析仪)测出整个系统的热噪声信号值(第二系统热噪声信号值)，再根据已知的参考器件的热噪声值(第一器件热噪声值)，信号放大倍数和工作带宽，通过简单计算即可得出待测器件的热噪声值(第二器件热噪声值)。本发明通过采用参考替代的方法代替传统的直接测试方法，可避免直接测量时的微弱信号波动带来的测试误差，并可消除除热传感器件外系统中存在的其他噪声的影响，从而能获得精确的热传感器件的热噪声值。因此，本发明可适用于针对各类热传感器件的噪声测试，且测得的热传感器件的噪声值，可用于噪声等效温差和信噪比的计算，有利于更好地提高热传感系统的整体性能。

技术特征：

1.一种热噪声测试装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的热噪声测试装置，其特征在于，还包括：设于所述测试系统中的信号放大输出模块；所述信号放大输出模块用于对所述参考器件和所述待测器件的输出信号进行放大，并对应输出第一系统热噪声信号值和第二系统热噪声信号值，所述信号采集及分析模块还根据所述信号放大输出模块的放大倍数，计算得到所述第二器件热噪声值。

3.根据权利要求2所述的热噪声测试装置，其特征在于，所述信号采集及分析模块包括信号采集模块和分析模块，所述信号采集模块用于测量所述第一系统热噪声信号值和所述第二系统热噪声信号值，所述分析模块用于根据所述第一系统热噪声信号值和所述第二系统热噪声信号值，所述第一器件热噪声值，所述信号放大输出模块的放大倍数，以及所述信号采集模块的工作带宽，计算得到所述第二器件热噪声值。

4.根据权利要求1所述的热噪声测试装置，其特征在于，所述阻性支路模块设有标准电阻，所述标准电阻的一端连接所述信号发生模块，所述标准电阻的另一端接地。

5.根据权利要求3所述的热噪声测试装置，其特征在于，所述电源输入模块包括偏置电源，所述信号发生模块包括标准信号发生器，所述信号放大输出模块包括运算放大器，和/或，所述信号采集模块包括频谱分析仪。

6.根据权利要求1所述的热噪声测试装置，其特征在于，还包括：信号屏蔽模块，用于将所述测试系统与外部进行信号隔离。

7.一种热噪声测试方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的热噪声测试方法，其特征在于，所述测量所述参考器件输出的第一系统热噪声信号值，具体包括：

9.根据权利要求8所述的热噪声测试方法，其特征在于，还包括：在一定的工作带宽下，测量所述第一系统热噪声信号值和所述第二系统热噪声信号值，以及还根据所述工作带宽，计算得到所述第二器件热噪声值。

10.根据权利要求9所述的热噪声测试方法，其特征在于，计算得到的所述第二器件热噪声值vd，满足以下公式：

技术总结
本发明公开了一种热噪声测试装置及方法，通过将参考器件和待测器件以交替方式接入在测试系统中，并在相同的测试条件下，通过信号采集及分析模块分别测量参考器件接入时的第一系统热噪声信号值，和待测器件接入时的第二系统热噪声信号值，并根据已知的参考器件的第一器件热噪声值，计算得到待测器件的第二器件热噪声值。本发明可消除在测量器件热噪声时，测试电路中其他因素存在的噪声对测量结果的影响，从而能精确获得器件的热噪声值。

技术研发人员：阎品杉,钟晓兰
受保护的技术使用者：上海集成电路研发中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13