低频噪声测试：把看不见的问题看清楚

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隐蔽的低频噪声

集成电路的澎湃动力，正重塑着我们生活的每一个维度。从无处不在的智能手机、智能手表，到高效便捷的笔记本电脑、新能源汽车，乃至精准可靠的医疗设备，科技已深度融入日常生活的每个角落。甚至，由电子噪声转化而来的“白噪声”，也成为许多人工作休憩时的背景伴奏。然而，在终端用户享受科技便利的同时，半导体行业内部的从业者，却必须直面一个随工艺演进而日益严峻的挑战：噪声。

简单而言，任何叠加在理想信号上但不被期望出现的信号都可以称为噪声。而低频噪声主要包括闪烁噪声（1/f）、随机电报噪声（RTN）、热噪声与散粒噪声，与半导体晶体结构的不完美性密切相关。随着晶体管尺寸进入纳米级别，单个陷阱就可能对器件电流造成显著扰动，这种隐匿噪声效应正在悄然成为潜在的失效源，从而危及系统性能与可靠性。

尽管无法完全通过工艺调整或电路设计的手法彻底消除由器件本征特性带来的低频噪声，但对其进行精确的量化表征，却能为优化工艺窗口、提升电路鲁棒性提供至关重要的工程洞见。正因如此，低频噪声测量早已超越了单纯的学术研究范畴，稳步成为高端芯片设计与制造中不可或缺的关键一环。

9813DXC测试随机电报噪声：

频域数据与时域数据

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无处不在的低频噪声

在模拟电路中，如果输入信号低于噪声信号，放大后信号会被噪声完全掩盖，无法恢复原始信息。因此，噪声本质上决定了电路的灵敏度。低频噪声会通过非线性元件上变频为高频相位噪声影响射频电路；也会在数字电路中以时域随机抖动的形式体现，从而引发路径延时变化和时序退化。

对晶圆厂而言，噪声是反映工艺质量与材料问题的灵敏探针。新材料与异质结构在带来性能与功耗优势的同时，也可能引入额外的陷阱态，进而增加低频噪声的发生概率。具体来说，低频噪声对局部缺陷具有优越的敏感性，通常可以在常规电学参数变化之前率先给出退化信号。同时，低频噪声测试作为一种非破坏性测试手段，可重复使用被测器件以追溯不同测试的关联性，从而增强测试结果准确性。

对设计公司来说，随着低频噪声的相对影响越来越大，研发人员在电路设计过程中，必须重新审视原本传统的余量分配策略，并需要为噪声可能带来的影响预留合理的空间。随着供电电压持续下探，近阈值与亚阈值设计渐成主流，器件对噪声的容忍度已降至历史低点。RTN的离散特性除了会影响SRAM的可靠性，也被认为是DRAM器件保持时间变化的原因，影响器件的刷新周期和工作速度。

自28 纳米以来，行业已开始将噪声建模纳入 PDK 流程，在14nm以下的先进工艺节点中，低频噪声模型则尤为重要，对于7/5/3nm工艺，低频噪声模型是必不可缺的项目。实现精准的RTN建模不仅可以对电路设计与工艺优化提高帮助，也可以为统计闪烁噪声建模和电路仿真创造新的改进空间。高质量的低频噪声测试数据提取成为建模领域的重要需求，推动了相关研究的加速发展。

概伦电子提供一站式RTN解决方案

理想情况下，精准的噪声表征应作为起点，贯穿从设计仿真、工艺制造到测试验证的每一个环节。然而，事实上在不同频段进行精确噪声测量是极为困难的。让我们回归至噪声测试的最核心问题：如何确保测试结果能真实反映被测器件的时域与频域特性？

传统窄带锁相放大器频率扫描法已逐渐不能解决当前的技术困境。根据实测信号自动切换AC耦合和DC耦合，是通用噪声测试系统的一个关键技术。概伦电子凭借其卓越的架构与先进的低频噪声滤波放大技术，实现了高速、高精度的稳定数据采集，将噪声测试能力提升到新的高度。

981X系统支持AC耦合与DC耦合模式的

灵活切换

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黄金标准：概伦981X系列

概伦电子噪声测试系统981X系列是自概伦成立以来，全球半导体行业业内低频噪声测试的“黄金标准”，为半导体行业先进工艺研发、器件建模和高端电路设计提供了完整而又高效的低频噪声测试及分析解决方案，参与和支持了业界几乎所有先进工艺节点的工艺研发。

概伦电子噪声测试仪器在技术上呈现出卓越的性能优势：凭借超低噪声底和极宽的动态范围，结合高精度测量能力与亚阈值区域的精准偏置控制，仪器在实现高速测试吞吐的同时，仍能保持出色的信噪比。在应用层面，它广泛适用于多种极端工况，涵盖汽车电子所需的高电压、射频领域的大电流，以及低功耗场景下的超低电流测量，并借助宽阻抗支持能力，实现对各类电阻的精确表征。该系列产品基于先进工艺与制程的原生兼容设计，不仅适用于前沿研发阶段，也具备向量产测试扩展的能力。

作为981X系列中的旗舰产品，9813DXC是当前半导体噪声测试领域少见能同时精准覆盖高阻抗与低阻抗器件的完整低频噪声测试系统，测试带宽与精度达到行业标杆水平。噪声测试系统的最低本底噪声可达 10-27A2/Hz，这意味着仪器本身带来的外部噪声已达到极低水平。针对FinFET等先进工艺制程中低频噪声测试需求的爆发式增长，9813DXC通过创新的软硬件架构，将单偏置条件下的测试时间压缩至20秒，并将最高测试电压提升至200V，显著拓展了高精度噪声测试在先进制程中的应用边界。

先进宽带噪声测试9812HF，继承了该系列高精度、宽量程、宽阻抗测量能力的同时，将低频噪声测试系统的应用频域拓展到了甚高频100 MHz。9812HF能覆盖大电流、高功率及射频器件的噪声测试，旨在满足卫星通信、汽车电子等领域对射频、高功率器件的高带宽噪声的持续增长需求。

9812HF机台支持100MHZ噪声测试，

2025年概伦最新推出

然而，当前的噪声研究主要聚焦于直流偏置。近年学术研究指出，交流偏置下的RTN在统计特性上与传统直流RTN存在显著差异：其分布函数对激励频率表现出强烈依赖性。因此，单一以直流RTN作为器件或电路噪声评估依据，虽能提供较为安全保守的可靠性估计，但在激进缩小的 CMOS 技术进程下，却可能成为电路设计的限制因素。

鉴于业界前沿对交流偏置噪声测试的迫切需求，概伦电子率先推出商用级动态交流噪声测试系统9812AC，填补了噪声量测在交流激励信号相关的测量场景方面的空白。该系统能够有效支持在动态激励条件下，对半导体器件进行AC噪声的测量，以协助设计师对电路进行优化分析和参数评估。将交流与直流测试结果并行比较，可为器件、工艺与电路设计提供更全面的决策依据。

9812AC测试交流噪声：

不同频率条件与不同占空比条件

概伦低频噪声测试系统不只可以用在器件级别（MOSFET、LDMOS、BJT、JFET、二极管、电阻器等）的测试, 也可应用在电路级别的测试（如霍尔效应电路、运算放大器、光电探测器、传感器和电源管理芯片）等新兴领域。

以被各式电路设计应用最广的运算放大器为例，其核心功能在于将微弱输入信号放大至适合后续处理的幅度。当运算放大器与传感器等外围电路组成信号调理系统时，可有效放大传感器输出的微弱信号；而在声音识别设备如录音笔中，运算放大器可发挥滤波作用，提取目标频段的声音信号并抑制带外噪声。在这其中，被关注的重要指针项目如噪声密度、可用带宽等，都可通过低频噪声测试系统来协助测试和标定。981X系列可在低电流、低电压和低压降比等关键工作点下，实现对电路低频噪声特性的精确表征。

值得注意的是，行业除了对噪声测试的速度与精度提出更高要求，噪声测试的量级也正经历显著增长。晶圆厂过去往往抽样有限器件以获得平均性指标，而现在需要覆盖所有器件尺寸、所有电压组合以获得反映量产情形的统计分布。领先的设计公司同样开始主动进行更大维度的噪声数据采集与分析，用以比较不同工艺平台、优化设计余量并挖掘工艺潜力。设计公司与晶圆厂之间由此形成了更强的闭环协同需求，数据共享、模型统一和联合验证成为常见做法。

针对晶圆级量产对测试效率与成本日益提升的要求，概伦M9800系列凭借并行架构显著提升吞吐能力，已成为面向规模化测试的优质选项。M9800能有效帮助客户减少不必要的设备投资与空间占用，降低对专用探针台的依赖，最终将整体测试效率提升至常规方案的2至4倍，为大规模制造提供卓越的投资回报。

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噪声工程化：从隐形挑战迈向显性标准

根据Frost & Sullivan在《全球和中国电子测量仪器行业独立市场研究报告》中的预测，在2025年，全球与中国电子测量仪器市场空间分别约1120亿元与421亿元，行业长期增长稳健，且中国市场的增速略高于全球增速。全球半导体供应链格局正在重构，国内产业链自主可控需求急剧上升。测试测量设备作为衔接设计与量产的关键环节，其性能直接影响本土企业能否构建完整、可信的芯片验证体系，也推动了国产设备领域的新一轮发展浪潮。

随着工艺节点不断微缩，低频噪声对器件性能的影响日益显著，其在科研与产业两方面均获得高度重视。在学术界，以IEEE为代表的顶级期刊和会议持续涌现相关研究成果。在商业层面，越来越多的IDM厂商与IP供应商已将低频噪声参数明确纳入产品规格书，并将其视为产品可靠性与性能差异化的关键指标。

在此背景下，概伦电子981X系列噪声测试系统，以深度与广度并存的设计思路，扎实的工程know-how与可持续的技术支持，已在全球范围内被广泛认可为噪声测试领域的技术与市场领导者，逐步奠定了其在高端测量应用中的标杆地位。

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立足DTCO方法学的概伦电子

概伦电子测试系统有望逐步构建起以自主研发为核心、覆盖半导体参数测试与综合量测的闭环测试生态，从而在国产测试设备领域形成明显的差异化竞争优势。981X 噪声测试系统与FS-Pro半参测试系统的深度集成，实现了一体化的国产测试解决方案，显著提升了仪器在电压与电流测试的能力表现。而FS800以自主研发的高精度SMU为核心，则构建了包括IV,CV,噪声在内的完整半导体模型参数解决方案。

概伦电子在半导体测试仪器领域的持续发展，为其打造以DTCO为核心驱动力的EDA全流程奠定了坚实的数据基础。概伦电子的主营业务为向客户提供被全球顶级集成电路设计和制造企业长期广泛验证和使用的 EDA 全流程解决方案，主要产品及服务包括制造类 EDA、设计类 EDA、半导体器件特性测试系统和技术开发解决方案等。

概伦电子所提倡的DTCO设计工艺

协同优化解决方案

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结语

作为集成电路产业的战略基础支柱，EDA 行业正朝向更高的自动化与智能化发展，逐步实现全链条工具协同。在产业生态日益强调本地化与自主可控的背景下，本土EDA企业迎来了前所未有的发展机遇。

我们期待，概伦电子作为国内首家上市的EDA厂商，能够持续推动中国的EDA生态建设，深耕现有客户，并不断挖掘新的需求。在行业从基础支撑向价值引领跃升的关键阶段，相信概伦电子可以在资源整合效能、技术创新突破、市场拓展维度等方面持续探索实践，构建更具竞争力的EDA技术体系，为全球半导体产业向客户提供差异化和更高价值的数据驱动的EDA解决方案，助力中国集成电路产业行稳致远。

创新引领 生态协同

2025概伦电子用户大会报名正式启动

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今天是《半导体行业观察》为您分享的第4222期内容，欢迎关注。

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