Medida de parámetros de ruido de dispositivos activos basada en fuente adaptada

Abstract

En esta Tesis se utiliza una técnica de fuente adaptada para medir los parámetros de ruido de transistores de efecto campo, como MESFET y HEMT. Para ello, se ha implementado un sistema de medida en el margen de frecuencias de 2-75 GHz, de 2-50 GHz para medidas de dispositivos en oblea y de 50-75 GHz en guía de onda. Sin embargo, en este margen de frecuencias las pérdidas de los dispositivos aumentan, el nivel del ENR de la fuente de ruido, utilizada para calibrar el sistema, es menor y la sensibilidad a la precisión en la medida de potencia es mayor.<br/>Para disminuir la incertidumbre en la medida de potencia, se ha implementado el uso de un detector externo a un analizador de espectros, utilizado inicialmente como medidor de potencia. La calibración del receptor del sistema de medida de ruido se realiza mediante expresiones aproximadas, las cuales son extendidas a un caso general. Dicha calibración requiere como datos la lectura de potencias de ruido para dos cargas, conectadas a la entrada del receptor, a diferente temperatura y de su correspondiente coeficiente de reflexión, el cual no tiene que ser necesariamente igual entre cargas. Particularmente, para reducir la incertidumbre en el cálculo de la constante de ganancia del receptor y como una alternativa a las fuentes de ruido coaxiales, se proponen dos fuentes de ruido en oblea (del tipo coplanar): un transistor polarizado en frío (cold-FET) y un diodo en avalancha, que generan un nivel de ENR mayor en el plano de las sondas de prueba y que además, siendo coplanares permiten disminuir pérdidas debidas al uso de una transición coaxial-coplanar. <br/>Por otra parte, se propone un modelo distribuido para transistores de efecto de campo con la finalidad de predecir mejor el comportamiento en pequeña señal y ruido del dispositivo teniendo en cuenta los efectos distribuido de las líneas (electrodos) de puerta, drenador y fuente.<br/>También se utiliza la técnica F50, en conjunto con un modelo en pequeña señal y de ruido clásico para transistores bipolares, para extraer simultáneamente los elementos del circuito equivalente en pequeña señal y los parámetros de ruido de un transistor bipolar de heterounión (HBT).

In this Thesis a matched source technique is used to measure the noise parameters of field effect transistors, such as MESFET and HEMT. A noise measurement system, from 2 to 75 GHz, has been implemented. In the frequency range of 2-50 GHz the system has been implemented to measure on-wafer devices, and in the frequency range of 50-75 GHz it has been implemented to measure waveguide devices. However, at these frequencies the losses of the devices increase, the ENR level of the noise source, which is employed to calibrate the receiver, decrease, and the sensibility to the power uncertainty is bigger.<br/>To reduce the measurement uncertainty of the noise power, an external detector to a spectrum analyzer, which at the beginning was employed as power meter, has been implemented. Approximate expressions to calibrate the receiver are used, where these are extended to a general case. To develop the calibration the measure of the noise power of two connected loads to the input receiver, and of its corresponding coefficient reflection, it is required. There is not restriction between the loads reflection coefficients. To reduce the uncertainty in the determination of the receiver's gain constant, and as an alternative to the coaxial noise sources, two on-wafer noise sources, a cold-FET and an avalanche noise diode, have been proposed. The on-wafer noise sources generate a bigger ENR level at the on-wafer reference plane, and furthermore, the due losses to the coaxial-to-on-wafer-transition can be practically eliminated.<br/>Otherwise, a FET distributed noise model, which takes into account the propagation effects along the device electrodes, is proposed with the purpose of predicting better the small-signal and noise performance of the device.<br/>As an application of F50 method, this is applied, in combination of a small-signal and a classic bipolar noise model, to simultaneously extract the elements of the small-signal equivalent circuit and the noise parameters of a heterounion bipolar transistor (HBT).