CN113076713A - 射频微波探针的s参数提取方法及***、存储介质及终端 - Google Patents

射频微波探针的s参数提取方法及***、存储介质及终端 Download PDF

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CN113076713A CN202110628906.8A CN202110628906A CN113076713A CN 113076713 A CN113076713 A CN 113076713A CN 202110628906 A CN202110628906 A CN 202110628906A CN 113076713 A CN113076713 A CN 113076713A
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Abstract

本发明提供一种射频微波探针的S参数提取方法及***、存储介质及终端，包括以下步骤：获取三维电磁场仿真得到的所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的仿真值；获取双端口S参数校准得到的所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的实测值；计算仿真值与实测值的误差值；若误差值大于预设阈值，获取仿真参数重置后获取的仿真值，直至误差值不大于预设阈值；对仿真值进行拟合，以获取在片校准件的电路模型参数；基于电路模型参数和OSL算法获取射频微波探针的S参数。本发明的射频微波探针的S参数提取方法及***、存储介质及终端能够实现S参数的精准提取，有效提高了射频微波的在片测试精度。

Description

射频微波探针的S参数提取方法及***、存储介质及终端
技术领域
本发明涉及一种射频微波探针的技术领域，特别是涉及一种射频微波探针的S参数提取方法及***、存储介质及终端。
背景技术
射频微波探针作为射频微波芯片在片测试时，被测器件与测试***连接的最直接过渡连接装置，其性能的好坏直接影响整体测试结果。射频微波探针电路模型及行为模型参数的精准与否对测试结果的好坏起着至关重要的作用。因此，开发一种可以准确获得射频微波探针电路模型与二端口行为模型的S参数非常必要，同时开发一种可以精确验证S参数精度的方法也非常必要，有助于S参数优化与设计迭代。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种射频微波探针的S参数提取方法及***、存储介质及终端，基于三维电磁仿真与自校准算法实现S参数的精准提取，快速便捷，有效提高了射频微波的在片测试精度。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种射频微波探针的S参数提取方法，包括以下步骤：获取三维电磁场仿真***基于射频微波探针和在片校准件的前置参数和仿真参数进行三维电磁场仿真得到的所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的仿真值；获取测试***基于所述仿真参数进行双端口S参数校准得到的所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的实测值；计算所述仿真值与所述实测值的误差值；若所述误差值大于预设阈值，则获取所述前置参数和所述仿真参数重置后获取的仿真值，直至得到的仿真值与所述实测值的误差值不大于所述预设阈值；对所述得到的仿真值进行拟合，以获取所述在片校准件的电路模型参数；基于所述电路模型参数和OSL算法获取所述射频微波探针的S参数。
于本发明一实施例中，所述前置参数包括所述射频微波探针和所述在片校准件的三维尺寸和相对位置、所述在片校准件的材料；所述仿真参数包括仿真频率范围和仿真端口。
于本发明一实施例中，基于所述电路模型参数和OSL算法获取的所述射频微波探针的S参数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，其 中，E00、E01、E10、E11代表OSL算法的信号流图中的误差项，对应所述射频微波探针的S参数的 S11、S12、S21、S22，ΓO、ΓS、ΓL分别表示所述在片校准件的开路、短路和负载匹配的反射系数， ΓMO、ΓMS、ΓML分别表示校准到同轴端面时，所述射频微波探针分别接触在片校准件的开 路、短路和负载匹配测量的反射系数。
于本发明一实施例中，所述电路模型参数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示以分贝为单位计 数的***损耗值；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表示特征阻抗；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，l表示传输线长度，c表示真空 光速，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表示相对介电常数；
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表示以GHZ为单位计数的频率；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure DEST_PATH_IMAGE011
分 别表示以三阶多项式拟合的电感、电容随频率关系函数，C0、C1、C2、C3、L0、L1、L2和L3为拟合系 数。
本发明提供一种射频微波探针的S参数提取***，包括仿真值获取模块、实测值获取模块、计算模块、拟合模块和S参数获取模块；
所述仿真值获取模块用于获取三维电磁场仿真***基于射频微波探针和在片校准件的前置参数和仿真参数进行三维电磁场仿真得到的所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的仿真值；
所述实测值获取模块用于获取测试***基于所述仿真参数进行双端口S参数校准得到的所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的实测值；
所述计算模块用于所述仿真值与所述实测值的误差值；若所述误差值大于预设阈值，则获取所述前置参数和所述仿真参数重置后获取的仿真值，直至得到的仿真值与所述实测值的误差值不大于所述预设阈值；
所述拟合模块用于对所述得到的仿真值进行拟合，以获取所述在片校准件的电路模型参数；
所述S参数获取模块用于基于所述电路模型参数和OSL算法获取所述射频微波探针的S参数。
本发明提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的射频微波探针的S参数提取方法。
本发明提供一种射频微波探针的S参数提取终端，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述射频微波探针的S参数提取终端执行上述的射频微波探针的S参数提取方法。
本发明提供一种射频微波探针的S参数提取***，包括上述的射频微波探针的S参数提取终端、三维电磁场仿真***和测试***；
所述三维电磁场仿真***用于基于射频微波探针和在片校准件的前置参数和仿真参数进行三维电磁场仿真，获取在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的仿真值，并发送至所述射频微波探针的S参数提取终端；
所述测试***用于基于所述仿真参数进行双端口S参数校准，获取所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的实测值，并发送至所述射频微波探针的S参数提取终端。
于本发明一实施例中，所述三维电磁场仿真***采用有限单元法或矩量法进行三维电磁场仿真。
于本发明一实施例中，所述测试***采用自校准算法进行双端口S参数校准；所述自校准算法采用LRRM算法或MTRL算法。
如上所述，本发明的射频微波探针的S参数提取方法及***、存储介质及终端，具有以下有益效果：
（1）结合三维电磁仿真与自校准算法，将仿真与实测结果进行迭代，从而将射频微波探针及校准件的三维尺寸、材料、相对位置等复杂的物理参数用简单的电路模型进行描述并获取其关键行为模型S参数；
（2）快速，便捷，可操作性强；
（3）有效提高了射频微波的在片测试精度。
附图说明
图1显示为本发明的射频微波探针的S参数提取方法于一实施例中的流程图；
图2显示为本发明的三维电磁场仿真***于一实施例中的结构示意图；
图3显示为本发明的射频微波探针电路模型于一实施例中的结构示意图；
图4显示为本发明的基于OSL算法的S参数提取方法于一实施例中的信号流图；
图5显示为本发明的射频微波探针的S参数提取***于一实施例中的结构示意图；
图6显示为本发明的射频微波探针的S参数提取终端于一实施例中的结构示意图；
图7显示为本发明的射频微波探针的S参数提取***于另一实施例中的结构示意图。
元件标号说明
51-仿真值获取模块；52-实测值获取模块；53-计算模块；54-拟合模块；55-参数获取模块；61-处理器；62-存储器；71-射频微波探针的S参数提取终端；72-三维电磁场仿真***；73-测试***。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明的射频微波探针的S参数提取方法及***、存储介质及终端通过采用三维电磁仿真与自校准算法进行射频微波探针的S参数的精准提取，简单便捷，有效提高了射频微波的在片测试精度，从而为行业的发展提供支持。
如图1所示，于一实施例中，本发明的射频微波探针的S参数提取方法包括以下步骤：
步骤S1、获取三维电磁场仿真***基于射频微波探针和在片校准件的前置参数和仿真参数进行三维电磁场仿真得到的所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的仿真值。
具体地，影响射频微波探针的S参数的主要因素包括：
（1）射频微波探针与在片校准件的三维尺寸；
（2）在片校准件的衬底材料；
（3）射频微波探针与在片校准片相对位置。
在如图2所示的三维电磁场仿真***中设置射频微波探针的在片校准件的前置参数和仿真参数。其中，所述前置参数包括所述射频微波探针和所述在片校准件的三维尺寸和相对位置、所述在片校准件的材料；所述仿真参数包括仿真频率范围和仿真端口。
所述三维电磁场仿真***根据所述前置参数和所述仿真参数进行三维电磁场仿真，获得开路（Open）、短路（Short）、负载匹配（Load）的反射系数和直通（Thru）的传输系数的仿真值，并发送至射频微波探针的S参数提取终端。优选地，所述三维电磁场仿真***采用有限单元法（Finite Element Method，FEM）或矩量法（Momentum）进行三维电磁场仿真。
步骤S2、获取测试***基于所述仿真参数进行双端口S参数校准得到的所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的实测值。
具体地，构建采用所述仿真参数的测试***。所述测试***采用自校准算法进行双端口S参数校准，得到开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的实测值，并发送至射频微波探针的S参数提取终端。优选地，所述自校准算法采用LRRM（Line Reflected-open Reflected-short Match）算法或MTRL（Multiline Thru Reflection Load）算法。
步骤S3、计算所述仿真值与所述实测值的误差值；若所述误差值大于预设阈值，则获取所述前置参数和所述仿真参数重置后获取的仿真值，直至得到的仿真值与所述实测值的误差值不大于所述预设阈值。
具体地，所述射频微波探针的S参数提取终端进行所述仿真值与所述实测值的误差计算，若得到的误差值大于预设阈值，表明当前的前置参数和仿真参数设置不满足要求，需要进行重置，然后获取所述前置参数和仿真参数重置后得到的仿真值。通过迭代处理，直至所述仿真值与所述实测值的误差值不大于所述预设阈值，表明当前的前置参数和仿真参数满足要求。故此时对应的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的仿真值为最优仿真值。
步骤S4、对所述得到的仿真值进行拟合，以获取所述在片校准件的电路模型参数。
具体地，根据如图3所示的射频微波探针电路模型，对所述最优仿真值进行拟合，从而得到所述在片校准件的电路模型参数。
于本发明一实施例中，所述电路模型参数
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE013
表示以分贝为单 位计数的***损耗值；
Figure 990444DEST_PATH_IMAGE004
表示特征阻抗，一般为50Ω；
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，l表示传输 线长度，c表示真空光速，即299792458m/s，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表示相对介电常数；
Figure DEST_PATH_IMAGE016
表示以GHZ为 单位计数的频率；
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure DEST_PATH_IMAGE020
分别表示以三阶多项式拟合的电 感、电容随频率关系函数，C0、C1、C2、C3、L0、L1、L2和L3为拟合系数。
步骤S5、基于所述电路模型参数和OSL（Open-Short-Load）算法获取所述射频微波探针的S参数。
具体地，根据所述电路模型参数，基于所述图4所示的OSL算法的信号流图计算所 述射频微波探针的S参数
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，其中，所述信 号流图中E00、 E01、E10、E11代表信号流图中的误差项，对应所述射频微波探针的S参数的S11、 S12、S21、S22，ΓO、ΓS、ΓL分别表示所述在片校准件的开路、短路和负载匹配的反射系数， ΓMO、ΓMS、ΓML分别表示校准到同轴端面时，所述射频微波探针分别接触在片校准件的开 路、短路和负载匹配测量的反射系数。
如图5所示，于一实施例中，本发明的射频微波探针的S参数提取***包括仿真值获取模块51、实测值获取模块52、计算模块53、拟合模块54和S参数获取模块55。
所述仿真值获取模块51用于获取三维电磁场仿真***基于射频微波探针和在片校准件的前置参数和仿真参数进行三维电磁场仿真得到的所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的仿真值。
所述实测值获取模块52用于获取测试***基于所述仿真参数进行双端口S参数校准得到的所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的实测值；
所述计算模块53与所述仿真值获取模块51和所述实测值获取模块52相连，用于所述仿真值与所述实测值的误差值；若所述误差值大于预设阈值，则获取所述前置参数和所述仿真参数重置后获取的仿真值，直至得到的仿真值与所述实测值的误差值不大于所述预设阈值；
所述拟合模块54与所述计算模块53相连，用于对所述得到的仿真值进行拟合，以获取所述在片校准件的电路模型参数；
所述S参数获取模块55与所述拟合模块54相连，用于基于所述电路模型参数和OSL算法获取所述射频微波探针的S参数。
其中，仿真值获取模块51、实测值获取模块52、计算模块53、拟合模块54和S参数获取模块55的结构和原理与上述射频微波探针的S参数提取方法中的步骤一一对应，故在此不再赘述。
需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(Digital Singnal Processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上***(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
本发明的存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的射频微波探针的S参数提取方法。所述存储介质包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
如图6所示，于一实施例中，本发明的射频微波探针的S参数提取终端包括：处理器61及存储器62。
所述存储器62用于存储计算机程序。
所述存储器62包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
所述处理器61与所述存储器62相连，用于执行所述存储器62存储的计算机程序，以使所述射频微波探针的S参数提取终端执行上述的射频微波探针的S参数提取方法。
优选地，所述处理器61可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
如图7所示，于一实施例中，本发明的射频微波探针的S参数提取***包括上述的射频微波探针的S参数提取终端71、三维电磁场仿真***72和测试***73。
所述三维电磁场仿真***72与所述射频微波探针的S参数提取终端71相连，用于基于射频微波探针和在片校准件的前置参数和仿真参数进行三维电磁场仿真，获取在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的仿真值，并发送至所述射频微波探针的S参数提取终端71。优选地，所述三维电磁场仿真***采用有限单元法或矩量法进行三维电磁场仿真。
所述测试***73与所述射频微波探针的S参数提取终端71相连，用于基于所述仿真参数进行双端口S参数校准，获取所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的实测值，并发送至所述射频微波探针的S参数提取终端71。优选地，所述测试***采用自校准算法进行双端口S参数校准。所述自校准算法采用LRRM算法或MTRL算法。
综上所述，本发明的射频微波探针的S参数提取方法及***、存储介质及终端结合三维电磁仿真与自校准算法，将仿真与实测结果进行迭代，从而将射频微波探针及校准件的三维尺寸、材料、相对位置等复杂的物理参数用简单的电路模型进行描述并获取其关键行为模型S参数；快速，便捷，可操作性强；有效提高了射频微波的在片测试精度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种射频微波探针的S参数提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取三维电磁场仿真***基于射频微波探针和在片校准件的前置参数和仿真参数进行三维电磁场仿真得到的所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的仿真值；
获取测试***基于所述仿真参数进行双端口S参数校准得到的所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的实测值；
计算所述仿真值与所述实测值的误差值；若所述误差值大于预设阈值，则获取所述前置参数和所述仿真参数重置后获取的仿真值，直至得到的仿真值与所述实测值的误差值不大于所述预设阈值；
对所述得到的仿真值进行拟合，以获取所述在片校准件的电路模型参数；
基于所述电路模型参数和OSL算法获取所述射频微波探针的S参数。
2.根据权利要求1所述的射频微波探针的S参数提取方法，其特征在于：所述前置参数包括所述射频微波探针和所述在片校准件的三维尺寸和相对位置、所述在片校准件的材料；所述仿真参数包括仿真频率范围和仿真端口。
3.根据权利要求1所述的射频微波探针的S参数提取方法，其特征在于：基于所述电路 模型参数和OSL算法获取的所述射频微波探针的S参数为
Figure 216168DEST_PATH_IMAGE001
，其中，E00、E01、 E10、E11代表OSL算法的信号流图中的误差项，对应所述射频微波探针的S参数的S11、S12、S21、 S22，ΓO、ΓS、ΓL分别表示所述在片校准件的开路、短路和负载匹配的反射系数，ΓMO、ΓMS、 ΓML分别表示校准到同轴端面时，所述射频微波探针分别接触在片校准件的开路、短路和负 载匹配测量的反射系数。
4.根据权利要求1所述的射频微波探针的S参数提取方法，其特征在于：所述电路模型 参数
Figure 821724DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 601461DEST_PATH_IMAGE003
表示以分贝为 单位计数的***损耗值；
Figure 934353DEST_PATH_IMAGE004
表示特征阻抗；
Figure 935676DEST_PATH_IMAGE005
，l表示传输线长度，c表 示真空光速，
Figure 758139DEST_PATH_IMAGE006
表示相对介电常数；
Figure 962855DEST_PATH_IMAGE007
表示以GHZ为单位计数的频率；
Figure 847241DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 516120DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 447167DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 388447DEST_PATH_IMAGE011
分别表示以三阶多项式拟合的电感、电容随频率关系函数，C0、C1、C2、C3、L0、L1、L2和L3为拟合 系数。
5.一种射频微波探针的S参数提取***，其特征在于，包括仿真值获取模块、实测值获取模块、计算模块、拟合模块和S参数获取模块；
所述仿真值获取模块用于获取三维电磁场仿真***基于射频微波探针和在片校准件的前置参数和仿真参数进行三维电磁场仿真得到的所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的仿真值；
所述实测值获取模块用于获取测试***基于所述仿真参数进行双端口S参数校准得到的所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的实测值；
所述计算模块用于所述仿真值与所述实测值的误差值；若所述误差值大于预设阈值，则获取所述前置参数和所述仿真参数重置后获取的仿真值，直至得到的仿真值与所述实测值的误差值不大于所述预设阈值；
所述拟合模块用于对所述得到的仿真值进行拟合，以获取所述在片校准件的电路模型参数；
所述S参数获取模块用于基于所述电路模型参数和OSL算法获取所述射频微波探针的S参数。
6.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的射频微波探针的S参数提取方法。
7.一种射频微波探针的S参数提取终端，其特征在于，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述射频微波探针的S参数提取终端执行权利要求1至4中任一项所述的射频微波探针的S参数提取方法。
8.一种射频微波探针的S参数提取***，其特征在于：包括权利要求7所述的射频微波探针的S参数提取终端、三维电磁场仿真***和测试***；
所述三维电磁场仿真***用于基于射频微波探针和在片校准件的前置参数和仿真参数进行三维电磁场仿真，获取在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的仿真值，并发送至所述射频微波探针的S参数提取终端；
所述测试***用于基于所述仿真参数进行双端口S参数校准，获取所述在片校准件的开路、短路、负载匹配的反射系数和直通的传输系数的实测值，并发送至所述射频微波探针的S参数提取终端。
9.根据权利要求8所述的射频微波探针的S参数提取***，其特征在于：所述三维电磁场仿真***采用有限单元法或矩量法进行三维电磁场仿真。
10.根据权利要求8所述的射频微波探针的S参数提取***，其特征在于：所述测试***采用自校准算法进行双端口S参数校准；所述自校准算法采用LRRM算法或MTRL算法。
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