CN107861050B - 一种利用矢量网络分析仪进行在片测试的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用矢量网络分析仪进行在片测试的方法，其包括如下步骤：s1.首先在矢量网络分析仪测试电缆与夹具相连的端口进行全双端口SOLT或TRL校准；s2.矢量网络分析仪测试电缆与两个夹具相连，在夹具端进行频时域相结合的校准；s3.在夹具端连接被测件进行测量。本发明巧妙地在矢量网路分析仪端面引入两个夹具，将繁琐的芯片测试进行了转化，操作简单便捷。此外，本发明基于矢量网络分析仪进行芯片测试，通过完整的分析、建模，充分考虑了芯片测试中引入的误差，并通过算法予以去除，因此测试精度高。

Description

一种利用矢量网络分析仪进行在片测试的方法

技术领域

本发明涉及一种利用矢量网络分析仪进行在片测试的方法。

背景技术

微波集成电路工作在微波和毫米波波段，由微波无源有源元件、传输线和互连线集成在一个基片上。随着微波集成电路技术和制作工艺的发展，集成电路的集成度更高，基片面积更小。作为通用微波测量仪器的矢量网络分析仪，利用其对微波集成电路进行在片测试，即直接在大圆片上进行微波集成电路S参数测试，难度也更高。由于微波集成电路与矢量网络分析仪无法直接相连，因此测量需要引入夹具或探针台、或封装、或利用键合引线等。

目前主流在片测试方式是利用矢量网络分析仪的夹具去嵌入功能。该技术利用的就是夹具。使用两个测试夹具，这两夹具一端可与矢量网络分析仪连接，另一端可与芯片连接。该方式由夹具厂商提供夹具成品和配套特性数据。

夹具去嵌入技术使用了一套已表征的夹具，随着夹具使用次数的增多，夹具的磨损将拉大夹具特性数据与实际特性间的差距，从而造成测试的不准确。

其次是用户自行设计制作适合在夹具端使用的校准件，在夹具端直接进行传统双端口校准，包括SOLT、TRL校准等。由于SOLT校准件中开路件不容易实现，且要求每个所有标准特性必须已知且精确定义，用户较多制作TRL校准件，由于其可以使用传输线的特性阻抗作为阻抗参考，在使用中有一定优势。但是由于必须选用与微波集成电路相同基材，且对新用户而言，自行设计有一定难度，且低端需要与SOLT或LRM配合使用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种利用矢量网络分析仪进行在片测试的方法，该方法充分考虑了芯片测试中引入的误差，并通过算法予以去除，以提高测试精度。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种利用矢量网络分析仪进行在片测试的方法，包括如下步骤：

s1.矢量网络分析仪全双端口校准

首先在矢量网络分析仪测试电缆与夹具相连的端口进行全双端口SOLT或TRL校准，移除矢量网络分析仪测试电缆之内的***误差；

s2.矢量网络分析仪测试电缆与两个夹具相连，在夹具端进行频时域相结合的校准

设定与矢量网络分析仪测试电缆相连的两个夹具分别为夹具一和夹具二；其中，夹具一的误差项为L₀₀、L₀₁、L₁₀、L₁₁；夹具二的误差项为N₀₀、N₀₁、N₁₀、N₁₁；

在夹具一和夹具二的两端连接校准件以获得上述误差项；

s3.在夹具端连接被测件进行测量

在两个夹具的端部连接被测件，设定被测件的真实特性为：S_11A、S_21A、S_12A、S_22A；通过被测数据S_11M、S_21M、S_12M、S_22M和获取的两个夹具的特性，得到被测件的真实特性，即：

其中，ΔS＝S_12MS_21M-S_11MS_22M，ΔL＝L₀₁L₁₀-L₀₀L₁₁，ΔN＝N₀₁N₁₀-N₀₀N₁₁。

优选地，所述步骤s2中，获取夹具一和夹具二误差项的步骤如下：

1)夹具一和夹具二空接进行测量

将夹具一和夹具二分开一段距离，分别测量S₁₁和S₂₂，在时域下观察曲线可以看到，整个曲线存在两个波峰，分别为夹具一的反射特性和夹具二的反射特性，两次测量都用时域门卡出第一个波峰，并转换到频域下分别得到测量数据即为L₀₀和N₀₀；

2)两个夹具之间连接短路片，计算出短路片的反射系数T_s；

利用短路片连接在夹具一和夹具二后分别进行反射测量后获取的测量数据T_M1、T_M2和单端口误差公式得到：

3)夹具直接对接

将夹具一和夹具二直接对接在一起，形成直通连接方式，分别进行四个S参数的测试，此时，直通长度为0，即传输系数为1；

根据直通数据流图，正反向分别测反射和传输可以得到S_11M、S_21M、S_12M、S_22M，且：

自此，两个夹具的八个误差项全部获取得到。

优选地，所述短路片的厚度和材质已知；已知该短路片的材质，即可获取其介电常数、磁导率、传播速度，得到短路片反射系数T_s。

优选地，短路片材质和厚度无法确定，选用一段直通线，之后连接短路片，测试S₁₁或S₂₂，在时域下找到距离最近的第二个峰值，再利用时域门截取转化为频域，该测量值为T_s。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明巧妙地在矢量网路分析仪端面引入两个夹具，灵巧地将繁琐的芯片测试进行了转化，操作简单便捷。(2)本发明基于矢量网络分析仪进行芯片测试，通过完整的分析、建模，充分考虑了芯片测试中引入的误差，并通过算法予以去除，因此测试精度高。

附图说明

图1为本发明中夹具两端连接校准件后的信号流图；

图2为本发明中短路片校准件的信号流图；

图3为本发明中短路校准件在矢量网络分析仪端口后的信号示意图。

具体实施方式

本发明的基本思想为：矢量网络分析仪通过全双端口校准后获取矢量网络分析仪的***误差，在此基础上引入两个夹具使校准平面扩展到夹具端，通过基于频时域相结合的校准算法对整套测试***进行二次校准，最终获取被测芯片的真实特性。

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

整个校准过程需要建立两个校准平面：其一是矢量网络分析仪端面。对矢量网络分析仪进行传统全双端口SOLT或TRL校准后，使测量端面确定在校准端面上。其二是夹具校准端面，在利用频时域相结合的校准方式把测试端面由矢量网络分析仪端面平移到夹具端面。从而在该测试端面内放置被测芯片进行测试获取的特性数据，即为去除了矢量网络分析仪***误差、引入夹具的特性和夹具与矢量网络分析仪连接误差等的被测芯片的真实特性。

因此整个校准测试过程包括三部分：

s1.矢量网络分析仪全双端口校准

首先在矢量网络分析仪测试电缆与夹具相连的端口进行全双端口SOLT或TRL校准，移除了矢量网络分析仪在测试电缆内的***误差。在后续校准中，该矢量网络分析仪将显示校准已打开，且获取的测量数据已经是基于SOLT或TRL校准后的修正数据。

s2.矢量网络分析仪测试电缆与两个夹具相连，在夹具端进行频时域相结合的校准

设定与矢量网络分析仪测试电缆相连的两个夹具分别为夹具一和夹具二；其中，夹具一的误差项为L₀₀、L₀₁、L₁₀、L₁₁；夹具二的误差项为N₀₀、N₀₁、N₁₀、N₁₁。

整个连接装置的信号流图如图1所示，校准目的主要是获取图1中所示的两个夹具分别对应的四项误差。本发明分别进行了以下几次校准分别获取：

1)夹具一和夹具二空接进行测量

将夹具一和夹具二分开一段距离，分别测量S₁₁和S₂₂，在时域下观察曲线可以看到，整个曲线存在两个波峰，分别为夹具一的反射特性和夹具二的反射特性，两次测量都用时域门卡出第一个波峰，并转换到频域下分别得到测量数据即为L₀₀和N₀₀；

2)两个夹具之间连接短路片，计算出短路片的反射系数T_s。

本次测量可以采用一个已知厚度和材质的短路片。如图2所示，已知该短路片的材质，即可获取其介电常数、磁导率、传播速度等，通过计算得到短路片反射系数T_s。

在计算短路片反射系数T_s时用到的公式如下：

其中，T表示时间、Γ表示反射系数、γ₀表示真空旋磁比；

γ_γ表示介质旋磁比、μ₀表示空气磁导率、ω表示频率、c表示光传播速度、L表示短路片厚度、μ_γ表示短路片磁导率、ε_γ表示短路片介电常数。

如果该短路片的材质和厚度无法确定，但是具有合适的探针台或其他合适类型夹具，可以选用一段直通线，之后连接短路片，测试S₁₁或S₂₂，在时域下找到距离最近的第二个峰值，再利用时域门截取，转化为频域，该测量值即为T_s。

示例图如图3所示，截取用时域门光标所指的第二个峰值，进行时频域转换。

利用短路片连接在夹具一和夹具二后分别进行反射测量后获取的测量数据T_M1、T_M2和单端口误差公式可以得到公式(1)和公式(2)，如下所示：

3)夹具直接对接

将夹具一和夹具二直接对接在一起，形成直通连接方式，分别进行四个S参数的测试，此时，直通长度为0，即传输系数为1；

根据直通数据流图，正反向分别测反射和传输可以得到S_11M、S_21M、S_12M、S_22M，且：

自此，两个夹具的八个误差项全部获取得到。

s3.在夹具端连接被测件进行测量

在两个夹具的端部连接被测件，设定被测件的真实特性为：S_11A、S_21A、S_12A、S_22A。

假设被测件的测量数据T矩阵为T_M、实际被测的特性数据T矩阵为T_x；夹具一和夹具二的真实特性T矩阵分别为T_L和T_N，则：[T_M]＝[T_L][T_x][T_N]。

经过简化可以得到：

再经过简化整理计算，则被测件的真实特性为：

其中，ΔS＝S_12MS_21M-S_11MS_22M，ΔL＝L₀₁L₁₀-L₀₀L₁₁，ΔN＝N₀₁N₁₀-N₀₀N₁₁。

本发明利用矢量网络分析仪的时域特性，分析二次校准引入特殊校准件的特定输入输出响应，通过对特殊校准件的特性分析，利用该校准算法获取被测芯片的真实特性。

虽然本发明使用夹具或探针台，但不需要表征夹具特性。此外，也使用了特殊校准件,但该校准件制作简单，且该本方法涉及的校准技术在波导校准中具有得天独厚的优势。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (3)

1.一种利用矢量网络分析仪进行在片测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1.矢量网络分析仪全双端口校准

首先在矢量网络分析仪测试电缆与夹具相连的端口进行全双端口SOLT或TRL校准，移除了矢量网络分析仪在测试电缆内的***误差；

s2.矢量网络分析仪测试电缆与两个夹具相连，在夹具端进行频时域相结合的校准

设定与矢量网络分析仪测试电缆相连的两个夹具分别为夹具一和夹具二；其中，夹具一的误差项为L₀₀、L₀₁、L₁₀、L₁₁；夹具二的误差项为N₀₀、N₀₁、N₁₀、N₁₁；

在夹具一和夹具二的两端连接校准件以获得上述误差项；

获取夹具一和夹具二误差项的步骤如下：

1)夹具一和夹具二空接进行测量

将夹具一和夹具二分开一段距离，分别测量S₁₁和S₂₂，在时域下观察曲线可以看到，整个曲线存在两个波峰，分别为夹具一的反射特性和夹具二的反射特性，两次测量都用时域门卡出第一个波峰，并转换到频域下分别得到测量数据即为L₀₀和N₀₀；

2)两个夹具之间连接短路片，计算出短路片的反射系数T_s；

利用短路片连接在夹具一和夹具二后分别进行反射测量后获取的测量数据T_M1、T_M2和单端口误差公式得到：

3)夹具直接对接

将夹具一和夹具二直接对接在一起，形成直通连接方式，分别进行四个S参数的测试，此时，直通长度为0，即传输系数为1；

根据直通数据流图，正反向分别测反射和传输得到S_11M、S_21M、S_12M、S_22M，且：

自此，两个夹具的八个误差项全部获取得到；

s3.在夹具端连接被测件进行测量

在两个夹具的端部连接被测件，设定被测件的真实特性为：S_11A、S_21A、S_12A、S_22A；通过被测数据S_11M、S_21M、S_12M、S_22M和获取的两个夹具的特性，得到被测件的真实特性，即：

其中，ΔS＝S_12MS_21M-S_11MS_22M，ΔL＝L₀₁L₁₀-L₀₀L₁₁，ΔN＝N₀₁N₁₀-N₀₀N₁₁。

2.根据权利要求1所述的一种利用矢量网络分析仪进行在片测试的方法，其特征在于，短路片厚度和材质已知，获取其介电常数、磁导率、传播速度，得到短路片反射系数T_s。

3.根据权利要求1所述的一种利用矢量网络分析仪进行在片测试的方法，其特征在于，短路片材质和厚度无法确定，选用一段直通线，之后连接短路片，测试S₁₁或S₂₂，在时域下找到距离最近的第二个峰值，再利用时域门截取，转化为频域，测量值即为T_s。