噪聲、外加功率及測(cè)量時(shí)間的考量——低功率納米技術(shù)

要考慮噪聲誤差，理想的測(cè)試系統(tǒng)的信噪比應(yīng)為100。圖9顯示了不同阻值的測(cè)試對(duì)象在半秒的測(cè)試時(shí)間內(nèi)，為使電壓響應(yīng)達(dá)到方根噪聲值的電壓響應(yīng)時(shí)，所需要的外加測(cè)量功率。這些曲線分別是使用鎖定放大器[1]法及直流反轉(zhuǎn)法[2]的測(cè)量設(shè)置得到的數(shù)據(jù)。對(duì)于鎖定放大器，曲線說(shuō)明其可測(cè)阻值區(qū)間較小且需要更高的外加功率來(lái)克服更高的噪聲等級(jí)。測(cè)試對(duì)象噪聲是分開(kāi)列出的，因?yàn)樗Q于溫度。圖9中那條較低的虛線表示室溫下電阻的熱噪聲[3]功率。


圖9不同儀器典型測(cè)試條件下，測(cè)試對(duì)象需要的功率（參見(jiàn)尾注中“用于對(duì)比的儀器”）

可見(jiàn)，測(cè)試對(duì)象測(cè)試的噪聲功率（VJohnson2/R）是溫度的函數(shù)，與其電阻無(wú)關(guān)。測(cè)量1%均方根噪聲的測(cè)試對(duì)象需要信號(hào)電壓比噪聲電壓高100倍，因此信號(hào)功率為噪聲功率的1002即10,000倍，如圖9中較高的虛線所示。（請(qǐng)參閱尾述中關(guān)于用于采集數(shù)據(jù)的儀器的描述。）
系統(tǒng)噪聲和測(cè)試對(duì)象噪聲中較大的那個(gè)噪聲用于確定需要的外加功率，這個(gè)功率在多數(shù)測(cè)量中應(yīng)盡可能的小。增加測(cè)量時(shí)間可以以時(shí)間增加的系數(shù)來(lái)降低測(cè)量所需的外加功率。舉例來(lái)說(shuō)，如果時(shí)間增加4倍（比如由1/2秒增加到2秒），那么外加功率會(huì)減少為1/4。

對(duì)于電流源與納伏表的結(jié)合，圖9顯示其在測(cè)量500Ω到100MΩ范圍的電阻時(shí)系統(tǒng)噪聲都要小于室溫下的熱噪聲。物理特性是直流反轉(zhuǎn)系統(tǒng)的唯一限制，并且系統(tǒng)的整體性能使低溫下的測(cè)量獲益，使得測(cè)量可以在更低的功率下進(jìn)行。