Advanced techniques for noise figure and noise parameters measurements of differential amplifiers

par Yogadissen Andee

Thèse de doctorat en Micro et nanotechnologies, Acoustique et Télécommunications

Sous la direction de François Danneville et de Caroline Arnaud.

  • Titre traduit

    Techniques de mesure du facteur de bruit et des paramètres de bruit des amplificateurs différentiels


  • Résumé

    Les circuits différentiels présentent de nombreux avantages par rapport aux circuits 2-ports classiques en termes d’immunité contre les bruits de mode commun, de tensions de sortie doublées et de réduction de distorsion d’ordre pair. Leur usage répandu crée une demande pour le développement de nouvelles techniques de mesures du facteur de bruit différentiel. Le chapitre 1 démontre que le facteur de bruit est fonction de la corrélation des ondes de bruit en sortie du circuit différentiel. Il n’existe toutefois aucun appareil capable de mesurer directement cette corrélation. Le chapitre 2 présente une technique originale pour mesurer cette corrélation. Elle utilise un coupleur hybride connecté aux ports de sortie du circuit différentiel selon 2 configurations de connexion. Cette approche permet de mesurer rigoureusement le facteur de bruit de tous types d’amplificateurs différentiels. Le chapitre 3 propose une technique pour mesurer la corrélation sans utiliser de coupleurs. Une étude de la structure différentielle permet de trouver une expression de la corrélation en fonction des puissances de bruit en sortie et des paramètres S. Une technique rapide et fonctionnelle est ainsi développée sur un analyseur de réseau 4-port pour mesurer le facteur de bruit d’un amplificateur différentiel. Cette approche sans coupleur est étendue à la mesure des paramètres de bruit d’un amplificateur différentiel. L’extraction des 4 paramètres de bruit se fait grâce à la méthode des impédances multiples en utilisant un synthétiseur différentiel d’impédance. Ce travail présente pour la première fois une technique sans coupleur pour la mesure des paramètres de bruit différentiels.


  • Résumé

    Differential circuits have major advantages over single-ended circuits regarding immunity to common-mode noise, double voltage swing and reduction of even-order distortion. Their wide proliferation creates a need for the development of functional techniques for differential noise figure measurement. Chapter 1 shows that the noise figure of a 4-port circuit depends on the correlation of the noise waves at the output ports. However, no standard equipment is capable of measuring directly this correlation. Chapter 2 proposes an original technique for measuring the correlation of output noise waves. It makes use of a hybrid coupler connected to the differential DUT. The correlation is determined by using two configurations of connection between the DUT and the coupler. A rigorous and general technique for the noise figure measurement of differential amplifiers is developed from this approach. Chapter 3 proposes an original approach where no extra coupler is required. A study of the structure of a differential amplifier is performed where an expression of the correlation is calculated in terms of output noise powers and of the 4-port S-parameters. A fast and functional measurement technique using this method is developed on a 4-port network analyzer. This coupler-free approach is extended to the measurement of the noise parameters of differential amplifiers. The noise parameters are determined from differential source-pull measurements using a differential impedance tuner. This is, to the best of our knowledge, the first coupler-free technique developed for measuring differential noise parameters.


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