CN206990690U - 低频噪声测试装置 - Google Patents

Abstract

低频噪声测试装置，包括：电磁屏蔽外壳及设置于所述电磁屏蔽外壳内的多个隔离设置的屏蔽腔体；组成所述测试装置的多个功能模块设置于所述屏蔽腔体中。本实用新型的一体化低频噪声测试装置有效降低了所述测试装置功能模块之间的相互辐射干扰，提高测试结果的准确度。

Description

低频噪声测试装置

技术领域

本实用新型属于电子测试测量技术领域，更具体地说，涉及一种用于对电子元器件或导电材料或半导体材料的低频噪声进行测试的装置。

背景技术

集成运算放大器、电阻、二极管、电源管理芯片等对可靠性或者性能要求很高的电子元器件，当应用于高性能要求的场合时，需要进行低频噪声测试，以评估其低频噪声性能指标。目前，国内和国际上一般采用多设备或部件共同拼接的方法来组建一套噪声测试系统用于测试低频噪声，如图1所示，该噪声测试系统通常由独立的带屏蔽的偏置电路结合独立的低噪声放大器，将测试数据输出到频谱分析仪和示波器进行时域和频谱数据采样，最后将采集数据输出到电脑中，得出最终的测试结果。公开号为CN101413976A的中国实用新型专利申请以及公开号为CN102095917A的中国实用新型专利申请公开的噪声测试方法也采用类似的测试系统进行测试。

由多个独立组件构成的噪声测试系统由于存在以下几个方面的不足导致实际应用困难：1.分离式系统中的组件由于需要采用外部电缆来连接，会给本来十分微弱的低频噪声测试引入了额外的干扰，使得测试结果精度无法得到保证；2.分离式系统需要较大的空间来摆放，加上各组件之间的连线关系复杂，移位测试时需要拆卸后再在新址重新装配，给使用和维护带来不便，同时也影响测试结果的可重复性；3.在外部干扰复杂的环境下需要对部分组件进行二次改造，如增加电磁屏蔽箱及对应的接地联线等，操作不便；4.需要单独的电池管理单元作为偏置电源，不能长时间连续工作，而且也存在着电池寿命和充放电安全等问题；5.由于采用单一通用型适配器，不同种类的电子元器件噪声测试时需要对适配器进行二次连接或跳线，影响了测试结果的精度与可重复性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可以提高测试准确度的低频噪声测试装置。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：

低频噪声测试装置，包括：电磁屏蔽外壳及设置于所述电磁屏蔽外壳内的多个隔离设置的屏蔽腔体；组成所述测试装置的多个功能模块设置于所述屏蔽腔体中。

更具体的，多个隔离设置的所述屏蔽腔体独立或者间隔的设置。

更具体的，组成所述测试装置的多个功能模块分别单独位于所述屏蔽腔体中。

更具体的，组成所述测试装置的多个功能模块包括主机单元、C/V测量模块、信号处理单元、适配器单元以及为前述部件供电的电源模块，所述主机单元对所述电源模块的电流/电压输出进行控制，所述适配器单元将被测试对象的低频噪声信号输出至所述信号处理单元后再传送至所述主机单元；所述主机单元、C/V测量模块、信号处理单元、适配器单元及电源模块设置于所述屏蔽腔体中。

更具体的，所述信号处理单元包括第一放大器、第二放大器和白噪声发生器，所述第一放大器、第二放大器由所述电源模块中的放大器电源供电，所述放大器电源设置于独立的屏蔽腔体中，所述白噪声发生器为被测试对象提供基准噪声；所述第一放大器和第二放大器对被测试对象的低频噪声信号进行检测和放大后输出至所述主机单元。

更具体的，被测试对象由所述电源模块中的第一偏置电源和第二偏置电源供电，所述C/V测量模块由所述电源模块中的辅助电源供电；所述第一偏置电源、第二偏置电源、辅助电源分别单独位于所述屏蔽腔体中。

更具体的，所述适配器单元包括开关矩阵和可更换的DUT测试板，所述开关矩阵与所述DUT测试板电连接，被测试对象设置于DUT测试板上。

更具体的，放置所述适配器单元的屏蔽腔体具有可打开的活动盖。

更具体的，所述主机单元包括处理器、存储模块、通信模块、数据采集模块、显示模块以及为以上各模块供电的主机电源，所述处理器用于处理采集到的信号数据，所述存储模块对所述数据采集模块采集到的数据进行存储，所述显示模块用于提供操作界面，主机单元通过所述通信模块与系统管理单元进行通信，所述系统管理单元用于管理和控制各电源部件和C/V测量模块。

更具体的，所述通信模块通过光电或磁耦合或射频无线方式与系统管理单元进行隔离通讯。

更具体的，所述数据采集模块为PCI express数据采集卡或PXI标准数据采集卡。

更具体的，所述适配器单元与所述电源模块通过背板或带屏蔽外层的多芯导线或多根带屏蔽层的导线电连接。

更具体的，放置所述信号处理单元的屏蔽腔体内设置有第二背板，所述第二背板上具有同轴连接器，低频噪声信号通过同轴连接器输入至信号处理单元中，信号处理单元的输出信号通过同轴连接器输出至所述主机单元。

更具体的，所述测试装置测试频域为0.001Hz至100kHz。

由以上技术方案可知，本实用新型采用一体化结构设计，将所有功能模块都设置于具有电磁屏蔽功能的外壳内，且电磁屏蔽外壳内设置多个隔离设置的所述屏蔽腔体，各功能模块放置到所述屏蔽腔体中，有效降低了功能模块之间的相互辐射干扰，提高测试结果的准确度。而且功能模块间的连接关系固定，搬迁使用时无需重新连线，可以快速准确的部署测试。本实用新型的噪声测试装置的最佳测试频域为0.001Hz至100kHz，可用于电阻、二极管、晶体管、集成电路以及新导电、半导体材料等的低频噪音测试，或者用于其他领域的低频电噪声测试。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有低频噪声测试系统的组成示意图；

图2为本实用新型实施例的结构框图。

具体实施方式

低频噪声(本实用新型中所称低频噪声特指频率在0.001Hz至100kHz的噪声)测试属于极微弱信号检测，对自然环境中存在的噪声干扰非常敏感，测试时不仅需要高精度地监测噪声的时域信号，而且要求长时间获取多个频点的噪声特征以及宽频带下的噪声特征，前者需要高灵敏度的噪声放大装置以便快速捕获噪声时域瞬态量值，后者需要频域多态的采集分析模块以便获取多个频点噪声特征以及宽频带下的噪声特征。传统的分体式组件集成的测试系统由于各组件间存在相互干扰，测试系统的抗干扰能力差，从而造成测试结果不稳定，准确度不高。

参照图2，本实用新型的一体化低频噪声测试装置包括电磁屏蔽外壳1、设置于电磁屏蔽外壳1内的主机单元2、电源模块3、C/V(Current/Volatge: 电流与电压)测量模块4、信号处理单元5及适配器单元6。电磁屏蔽外壳1 可采用铁或合金材质制成，具有屏蔽电场和磁场的功能。电磁屏蔽外壳1内形成有多个独立的电磁屏蔽腔体，主机单元2、电源模块3、C/V测量模块4、信号处理单元5及适配器单元6的各元件分别设置于各个独立的屏蔽腔体中。

本实用新型采用交流电供电，电源模块为AC-DC电源模块，从交流的工频电源取电并转化为直流稳压输出，以克服采用充电电池作为电源存在的充电时间久、充电次数受限、工作时间受限以及安全性等问题。如图2所示，电源模块3包括第一偏置电源301、第二偏置电源302、放大器电源303及辅助电源 304。第一、第二偏置电源用于向被测试器件7(Deviceunder test，简称 DUT，也称被测试对象)提供可以正常工作的供电电压和电流，第一、第二偏置电源采用可编程精密稳定偏置电源。放大器电源303为信号处理单元5中的放大器供电。辅助电源304为C/V测量模块4供电，C/V测量模块4(与万用表中的电流和电压测试功能模块相同，可以采用现有万用表的电流和电压测试功能模块)为对被测试器件7进行输入电压和输入电流指示的功能单元。由于许多电子元器件的低频噪声处于很低的量级，如一只1000欧姆阻值的绕线电阻器，其10KHz以下低频噪声一般低于10nV/√Hz，要测试如此低的噪声，为电阻器供电的电源的噪声也应低于此噪声水平，否则无法测试出真正的电阻器噪声。为此，本实用新型在电磁屏蔽外壳1内设置多个独立的屏蔽腔体，将第一、第二偏置电源、放大器电源、辅助电路电源分别设置于各自的屏蔽腔体中，避免互相干扰。作为本实用新型的一个优选实施例，以上各电源的输出通过第一背板A(背板为起到电连接作用的线路板或者其他类似的物理通道)连接到适配器单元6。各元件间采用背板实现电连接，使所有连接可在电磁屏蔽外壳1内部完成，无需外部连接。此外，适配器单元6与电源模块3之间也可以通过带屏蔽外层的多芯导线或多根带屏蔽层的导线，如同轴电缆等相连。

信号处理单元5包括第一放大器501、第二放大器502和白噪声发生器 503。第一、第二放大器分别为电压放大器和电流放大器，放大器的工作频段为0.0001Hz～300kHz，具有程控放大功能。本实施例的第一、第二放大器的电压和电流输入噪声分别小于1nV/√Hz及小于10fA/√Hz，输入噪声低于被测试器件噪声一个数量级。第一放大器501和第二放大器502对被测试器件7的低频噪声信号进行检测和放大，并输出至主机单元2的数据采集模块中。白噪声发生器503能够产生0.1Hz～1MHz的可选择增益的宽频带白噪声信号源，将基准噪声输出至适配器单元6，为被测试器件7提供基准噪声。进一步的，为方便进行放大器扩展及放大器的信号校准，信号处理单元5的屏蔽腔体内设计了第二背板B，第二背板B上具有同轴连接器，低频噪声信号通过同轴连接器输入至第一、第二放大器中，放大器的输出信号通过同轴连接器输出至主机单元 2的数据采集模块。

适配器单元6包括开关矩阵601和可更换的DUT测试板602，DUT测试板 602通过标准的多脚位连接器连接到适配器单元的底板上，被测试器件7设置于DUT测试板602上，通过更换不同DUT测试板，不需要重新更改线缆连接就可以适应不同的测试对象，快速实现不同电子元器件的测试部署，测试对象包括但不限于电阻、二极管、晶体管、运算放大器、光电耦合器、二次电源 (DC/DC、LDO)等。开关矩阵601与DUT测试板602电连接，用户可以通过开关矩阵601方便地进行DUT测试步骤切换，功能切换以及电路使能或关闭。

适配器单元6为被测试器件7提供准确的偏置，适配器单元6将被测试对象的低频噪声信号输出至信号处理单元5的第一放大器或第二放大器，经过放大器放大的信号再输出至主机单元2的数据采集模块，由主机单元2完成低频噪声的数据采集。

优选的，本实用新型的适配器单元6设置于具有活动盖的屏蔽腔体内，用户可以不借助任何工具就能打开放置适配器单元6的屏蔽腔体的活动盖，选择放置不同的被测试器件及对应的DUT测试板。

主机单元2用于数据处理，并对各电源部件和C/V测量模块进行集中的管理和控制。主机单元2可为工业x86架构或ARM架构的计算机平台，采用 Windows Embedded System(WES)操作系统，软件兼容性和扩展性强，可以方便兼容用户自己开发的应用程序，并支持office等文字和报表处理软件。主机单元2包括处理器201、存储模块202、通信模块203、数据采集模块 204、显示模块205以及为以上各模块供电的主机电源206，主机单元2预置了数据处理软件。处理器201用于处理采集到的信号数据，存储模块202对数据采集模块204采集到批量数据进行格式化并存储，每个被测试器件的原始采集数据都以标准的数据文件方式进行保存，更具体的，存储单元202具有不少于 1GByte DDR DRAM的内存空间作为缓存，以及20GByte以上非易失性存储器空间用于保存每个测试对象的测试数据。数据采集模块204满足0.00001Hz～ 300KHz的采样率，可采用PCI express数据采集卡或PXI标准数据采集卡，集成16位以上分辨率的ADC，可以精确稳定的对信号处理单元传输过来的信号进行采样和数字转换。显示模块205集成了显示驱动和显示屏幕，用于提供操作界面。各电源部件和C/V测量模块由系统管理单元8进行集中的管理和控制，主机单元2通过通信模块203与系统管理单元8进行通信，从而控制测试过程，对采集到的被测试对象的低频噪声进行时域和频域显示、计算、分析，提供给用户直观的图形化的测试结果。通信模块203可以是具有光电隔离功能的通信接口，实现与系统管理单元8的无电磁干扰通信，或采用磁耦合、射频无线等方式与系统管理单元8进行隔离通讯。本实施例中，系统管理单元8由 Cypress公司的PSoC4处理器，ARM Cortex-M0内核，型号为CY8C3246，此IC 可以被众多的同类产品或者更高规格的芯片替代，如STM32，PIC16Fxx， MSP430Fxx,C8051Fxx,Mega8等。

主机单元2通过系统管理单元8对第一偏置电源和第二偏置电源进行程控，以直流稳压和稳流电源作为偏置电源，可以根据被测试器件的要求，提供直流电压电流、脉冲等输出方式。C/V测量模块采用电磁隔离方式，使用非直接连接的方式对被测对象的工作电压和电流进行监视。

本实用新型在电磁屏蔽外壳内设置多个独立的屏蔽腔体，将所有元件都集成于电磁屏蔽外壳内，且各自设置于独立的屏蔽腔体中，解决了各子功能单元之间的相互辐射干扰问题，同时也减少了屏蔽空间，将各元件固定设置于电磁屏蔽外壳内的屏蔽腔体中，使得各功能单元的连接关系为固定关系，在搬迁设备时无需重新连接各子单元的线路，可以快速准确的部署。而且本实用新型的电磁屏蔽外壳内包括了所有的元件及被测试器件，体积大大减小，节约了用户的实验室空间。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的范围之中。

Claims (14)

1.低频噪声测试装置，其特征在于，包括：电磁屏蔽外壳及设置于所述电磁屏蔽外壳内的多个隔离设置的屏蔽腔体；组成所述测试装置的多个功能模块设置于所述屏蔽腔体中。

2.如权利要求1所述的低频噪声测试装置，其特征在于：组成所述测试装置的多个功能模块分别单独位于所述屏蔽腔体中。

3.如权利要求1所述的低频噪声测试装置，其特征在于：多个隔离设置的所述屏蔽腔体独立或者间隔的设置。

4.如权利要求1或2或3所述的低频噪声测试装置，其特征在于：组成所述测试装置的多个功能模块包括主机单元、C/V测量模块、信号处理单元、适配器单元以及为前述部件供电的电源模块，所述主机单元对所述电源模块的电流/电压输出进行控制，所述适配器单元将被测试对象的低频噪声信号输出至所述信号处理单元后传送至所述主机单元；

所述主机单元、C/V测量模块、信号处理单元、适配器单元及电源模块设置于所述屏蔽腔体中。

5.如权利要求4所述的低频噪声测试装置，其特征在于：所述信号处理单元包括第一放大器、第二放大器和白噪声发生器，所述第一放大器、第二放大器由所述电源模块中的放大器电源供电，所述放大器电源设置于独立的屏蔽腔体中，所述白噪声发生器为被测试对象提供基准噪声；所述第一放大器和第二放大器对被测试对象的低频噪声信号进行检测和放大后输出至所述主机单元。

6.如权利要求4所述的低频噪声测试装置，其特征在于：被测试对象由所述电源模块中的第一偏置电源和第二偏置电源供电，所述C/V测量模块由所述电源模块中的辅助电源供电；所述第一偏置电源、第二偏置电源、辅助电源分别单独位于所述屏蔽腔体中。

7.如权利要求4所述的低频噪声测试装置，其特征在于：所述适配器单元包括开关矩阵和可更换的DUT测试板，所述开关矩阵与所述DUT测试板电连接，被测试对象设置于DUT测试板上。

8.如权利要求4所述的低频噪声测试装置，其特征在于：放置所述适配器单元的屏蔽腔体具有可打开的活动盖。

9.如权利要求4所述的低频噪声测试装置，其特征在于：所述主机单元包括处理器、存储模块、通信模块、数据采集模块、显示模块以及为以上各模块供电的主机电源，所述处理器用于处理采集到的信号数据，所述存储模块对所述数据采集模块采集到的数据进行存储，所述显示模块用于提供操作界面，主机单元通过所述通信模块与系统管理单元进行通信，所述系统管理单元用于管理和控制各电源部件和C/V测量模块。

10.如权利要求9所述的低频噪声测试装置，其特征在于：所述通信模块通过光电或磁耦合或射频无线方式与系统管理单元进行隔离通讯。

11.如权利要求9所述的低频噪声测试装置，其特征在于：所述数据采集模块为PCIexpress数据采集卡或PXI标准数据采集卡。

12.如权利要求4所述的低频噪声测试装置，其特征在于：所述适配器单元与所述电源模块通过背板或带屏蔽外层的多芯导线或多根带屏蔽层的导线电连接。

13.如权利要求4所述的低频噪声测试装置，其特征在于：放置所述信号处理单元的屏蔽腔体内设置有第二背板，所述第二背板上具有同轴连接器，低频噪声信号通过同轴连接器输入至信号处理单元中，信号处理单元的输出信号通过同轴连接器输出至所述主机单元。

14.如权利要求1或2或3所述的低频噪声测试装置，其特征在于：所述测试装置测试频域为0.001Hz至100kHz。