3.2 高阻样品噪声测验处理计划
为处理国内外现有高阻器材低频噪声测验技能中存在的问题，本文规划了两种噪声测验技能作为处理计划，别离是一种电压噪声测验技能和一种电流噪声测验技能。这两种技能别离处理了前文中描绘的电压噪声和电流噪声测验技能的技能难题，并战胜或缓解了已有高阻器材噪声测验技能的缺点。
3.2.1高阻样品电压噪声测验计划规划
本技能的根本原理是运用一种特别的桥两头元件不对称的电桥来完成噪声信号的测验。该办法处理了已有电压噪声测验办法中源阻抗过高、耦合电容接受电压过高和无法测验单个高阻器材噪声的问题。
3.2.1.1测验计划介绍
图3.9是本研讨规划的新的高阻器材低频噪声测验电路的根本原理图。
该电路一改以往本实验室选用的单端接地的信号输入办法，选用了差分输入办法。其间R x为待测样品，R t、R 1和R 2均为绕线电阻用于平衡电桥。该电路结构的首要长处如下：
(1)处理以往高阻器材电压噪声测验技能无法测验单个器材的缺点
在噪声测验领域中其实已有的一种相似结构如图3.10：图3.10是本实验室研讨者在研讨中说到的一种厚膜电阻测验电路：图中四个电阻阻值相同，所测噪声为四个相同电阻器的均匀噪声。该电路的缺点是一次测得四个样品的噪声而无法测单一样品的噪声。实践上四个电阻无法彻底做到阻值彻底相同，四个电阻间百分之一的阻值差错就有或许导致无法完成文献中所说到直流耦合。
即使对其进行改善，将其间三个电阻换为噪声能够疏忽的绕线电阻来测单一样品，相同还存在下述问题：该电路测单一样品的噪声时对其他三个阻隔电阻阻值有严厉约束，有必要与样品阻值彻底相同，这在工程使用上就带来很大不便利。图3.6中的电路也存在相同的问题，且在两电阻阻值都很大的时分，电阻差错也很大，然后该图中电路实践上无法做到像文献中所描绘的那样能够做到的直流耦合。
本计划中四个电阻阻值能够各不相同乃至能够不同很大，这在实践工程使用时测验体系电路元件的挑选上就会带来很大便利。
(2)样品在理论上能够加恣意偏压，而且不需求耦合电容
因为选用电桥结构和差分输入办法，当电路中元件坚持如下关系式时：
理论上样品两头可加恣意大偏压。经过调理可变绕线电阻R 1来调理扩大器两输入端间的电位差使之接近于零，然后能够运用直流耦合，经过自己重复实践，经过调整R 1能够很简单的完成直流耦合，因而不需求耦合电容。这样就使收集信号带宽延展到超低频，处理了本实验室以往测验中只能用沟通耦合和信号低频端受限的问题。
(3)信号频带宽
因为测得的信号是由差分扩大器所得到的电压信号，其信号通频带远大于电流噪声的信号。满意的频宽对后期噪声信号的理论剖析非常重要。
(4)该办法可使用于中低阻器材值得注意的一点是该办法不只适合于高阻器材的使用，而且相同适用于有直流耦合和高偏执电压测验需求的中低阻器材。
3.2.1.2测验技能原理剖析
以噪声作为信号源时，因为噪声是沟通信号，因而咱们将其等效为一个沟通信号源来剖析，此刻电路中的直流源相对沟通信号为短路，然后图3.9的沟通等效电路变换为如下方法：
R 1-2为R 1和R 2的并联等效电阻，因为R t和R 1-2均为绕线电阻，因而咱们以为它们仅发生热噪声信号，而无1/f噪声。Vn为低频噪声源，当Rx与R 1、R 2满意如下关系式时：
会得到以下定论：
①R 1-2的热噪声相对Rx和Rt的噪声来说极端小被疏忽。
②R1-2的阻值相关于高阻样品Rx和Rt被疏忽。所以得到如下简化电路
此刻电路中Rt的阻值会对测验体系的使用发生影响，当考虑了Rt的热噪声时电路如下图所示：
其间Vn为Rx的噪声信号，Vt为Rt的热噪声信号
是输入扩大器的测验样品的低频噪声信号
是输入扩大器的阻隔电阻Rt的热噪声信号，待测电阻噪声电压与功率谱的关系为：
其间SVn( f)为咱们需求提取的频域电压功率谱密度信息。
阻隔电阻热噪声与功率谱的关系为：
低频噪声信号要大于阻隔电阻的热噪声使噪声信号能从热噪声中分离出来是测验体系正常作业的条件，即要使下式建立：
联立(3-4)(3-5)(3-6)式可将体系的约束条件从时域转化到频域，上述体系作业条件变为：
在转机频谱以上时，从(23)式可得：
这便是体系作业的约束条件，在所要调查的频谱范围内，当R x和S vn为常量时，R t的值越大越好，这样等式右边越小，待测信号频谱与布景频谱的差异越大，转机频谱也越大，观察到的低频有色噪声信号频宽就越大。从(3-8)式咱们还能够看出，样品的噪声越大越好，这样等式左面越大，待测信号频谱与布景频谱的差异越大。关于一些很特别的小噪声高阻样品，有必要增大R t的阻值。
只要在知道高阻器材噪声量级的情况下，才能对体系所能够测得的阻值上限进行猜测，可是国内外这方面数据很少，现在仅依据已有的一篇文献的数据进行核算：测得的10G厚膜电阻的噪声为：
代入(3-8)式得;所需的R t约为1010Ω由此可见，关于像BJT或DC-DC转化器等噪声极大或者是含有RTS噪声的高阻器材咱们能够简单的找到适宜的高阻值绕线电阻。可是假如需求选用本测验办法测验更高阻值的高阻器材，可选用以下办法：
①专门订做高阻值绕线电阻。
②将测验体系中的阻隔电阻R t放入低温体系(液氮或液氦)中。
③进步样品上的偏压，来激起愈加显着的低频噪声。
3.2.2 高阻样品电流噪声测验计划规划
从2.2.2节的剖析中咱们现已知道当被测器材的电阻极大时，应当首选电流噪声测验技能。因而在测验%&&&&&%、MOS这些等效阻值在高阻器材阻值范围内相对较高的器材时，选用电流噪声测验技能愈加合理。本电流噪声测验技能的根本原理是运用锁相扩大器的传输函数获取功用来复原被电流扩大器衰减的信号高频部分，然后在不下降扩大倍数的情况下完成展宽频带。
3.2.2.1测验技能介绍
图3.14是本研讨规划的新的高阻器材低频电流噪声测验电路的根本原理图。
本测验办法首要需求用电流扩大器依照传统办法测得被高频部分被衰减的低频噪声信号，然后再经过扩大器传输函数求得的归一化函数来复原信号。
3.2.2.2测验技能原理剖析
本测验办法中并没有对电流扩大器进行什么特别改善，而仅仅运用了其典型功用，因而相同存在图3.3中所描绘的信号通频带过窄的问题。展宽频带的关键是运用扩大器在特定扩大倍数下的传输函数曲线来复原信号，将本来被扩大器无法正常扩大而衰减的信号高频部分复原。
传输函数的获取是运用锁相扩大器能测得某一特定频率下信号的功用。对锁相扩大器进行编程扫频，就能够求得在不同频率点下的信号起伏，然后得到扩大器对频率不同可是起伏相同的信号的呼应，即扩大器的幅频特性曲线特定频率下信号的功用。对锁I ( f )。
最终经过公式
得到归一化函数Q(f)式中A0扩大倍数。然后经过下式得到复原后频带展宽至本来扩大器高频截止频率的10倍至100倍之间的功率谱密度S(f)：
该体系涉及到多个仪器和核算机的协同作业，而且要求多个设备之间能够完成数据传输。软件由本实验室自行开发，开发主渠道为Labview，一起运用了Labview和C言语的混合编程、Labview和Matalab的混合编程以完成多种功用。
该软件体系能够完成数据时域到频域的转化、曲线拟合、依据数据挑选样品、主动生成测验报告等多种功用。拟合分为直线拟合及曲线拟合两种办法，能够经过拟合核算噪声信息的白噪声起伏，1/f噪声起伏，转机频率，1/f噪声指数因子γ等参数。
