原创 噪声、外加功率及测量时间的考量——低功率纳米的交流与直流测量方法

要考虑噪声误差，理想的测试系统的信噪比应为100。图9显示了不同阻值的测试对象在半秒的测试时间内，为使电压响应达到100倍测量系统均方根噪声值的电压响应时，所需要的外加测量功率。这些曲线分别是使用锁定放大器[1]法及直流反转法[2]的测量设置得到的数据。对于锁定放大器，曲线说明其可测阻值区间较小且需要更高的外加功率来克服更高的噪声等级。测试对象噪声是分开列出的，因为它取决于温度。图9中那条较低的虚线表示室温下电阻的热噪声[3]功率。

图9  不同仪器典型测试条件下，测试对象需要的功率（参见尾注中“用于对比的仪器”）

可见，测试对象测试的噪声功率（VJohnson2/R）是温度的函数，与其电阻无关。测量1%均方根噪声的测试对象需要信号电压比噪声电压高100倍，因此信号功率为噪声功率的1002即10,000倍，如图9中较高的虚线所示。（请参阅尾述中关于用于采集数据的仪器的描述。）

系统噪声和测试对象噪声中较大的那个噪声用于确定需要的外加功率，这个功率在多数测量中应尽可能的小。增加测量时间可以以时间增加的系数来降低测量所需的外加功率。举例来说，如果时间增加4倍（比如由1/2秒增加到2秒），那么外加功率会减少为1/4。

对于电流源与纳伏表的结合，图9显示其在测量500Ω到100MΩ范围的电阻时系统噪声都要小于室温下的热噪声。物理特性是直流反转系统的唯一限制，并且系统的整体性能使低温下的测量获益，使得测量可以在更低的功率下进行。