CN113358946A - 扩频模块、在片测试***及其s参数、噪声系数测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扩频模块、在片测试***及其S参数、噪声系数测试方法，包括：N倍频器，输出毫米波太赫兹信号；毫米波/太赫兹双定向耦合器，耦合输出参考信号及测试信号；第一毫米波/太赫兹谐波混频器，对参考信号下变频为中频参考信号；第二毫米波/太赫兹谐波混频器，对测试信号下变频为中频测试信号；毫米波/太赫兹定向耦合器，耦合输出噪声功率；M倍频器；毫米波/太赫兹二次谐波混频器，将噪声功率下变频为中频噪声信号；射频/微波开关，切换测试通道。本发明解决了毫米波/太赫兹频段放大器芯片单次连接同时测量噪声系数和S参数的难题，并将测试参考面校准至探针尖处，真正实现了单次连接，单次校准，测试精度高。

Description

扩频模块、在片测试***及其S参数、噪声系数测试方法

技术领域

本发明涉及一种微电子测试测量技术领域，特别是涉及一种扩频模块、在片测试***及 其S参数、噪声系数测试方法。

背景技术

目前毫米波/太赫兹放大器S参数和噪声系数的测试主要有两种方法，一种是矢量网络分 析仪和毫米波/太赫兹扩频模块测试S参数，通过噪声系数分析仪利用“Y因子法”测试噪声 系数。该方法利用矢量误差校准方式消除测试端口的失配误差，进行S参数的测试。测试噪 声系数时，使用噪声系数分析仪测试噪声源的“热态”噪声功率和“冷态”噪声功率，测量 “Y因子”，再根据噪声源的ENR(ENR,Excess Noise Ratio,超噪比)值计算出被测件的噪声系 数。这种方法需要用毫米波/太赫兹下变频器，利用扫描本振，固定中频的方式，将毫米波/ 太赫兹噪声功率下变频至中频测量。整个过程校准及测试简单，但是只适合于被测件的接口 形式是标准同轴或波导接口。当被测件为放大器芯片进行在片测试时，芯片不能直接连接噪 声源，而是需要通过同轴或波导转接器/适配器/电缆组件至共面波导(GSG,Ground Signal Ground)探针连接被测件和噪声源，于是测试会引入探针处的失配误差，增加测试不确定度。 并且该噪声系数测试平台与S参数测试平台不统一，需要多次拆卸连接测试S参数和噪声系 数。因为毫米波/太赫兹频段波长短，标准波导口尺寸随着频率提升精确对准的难度极速提升， 所以多次拆卸连接势必引入机械连接带来的测试误差。

另外一种方法是矢量网络分析仪，毫米波扩频模块和毫米波噪声下变频器共同完成S参 数和噪声系数的测试。S参数的测试方法与前一种方法相同，噪声系数测试，采用固定本振， 扫中频的方式，借助毫米波噪声下变频器测试噪声功率，最后通过计算得到被测芯片的噪声 系数。这种方法使用两套***，搭建基于矢量网络分析仪的测试平台，其中毫米波噪声下变 频模块内部前置宽带毫米波开关，可以与毫米波扩频模块导通连接，测试S参数，也可以与 矢量网络分析仪接收机导通连接，测试噪声系数。该方法虽然解决了校准参考面平移至探针 尖的难题，但是受限于毫米波噪声下变频器内部的毫米波开关，随着测试频率的提高，毫米 波噪声下变频器中的毫米波开关的损耗会越来越大，恶化噪声系数测试时接收机灵敏度，影 响接收机噪声功率测试精度从而影响被测件的噪声系数测试精度，并且受限于矢量网络分析 仪接收机的频率范围，当测试频率过高时，毫米波噪声下变频器的本振信号与毫米波/太赫兹 噪声信号混频后的中频带宽将会超过矢量网络分析仪接收机的频率上限，无法完成全部被测 频率的噪声系数测试。

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扩频模块、在片测试***及 其S参数、噪声系数测试方法，用于解决现有技术中误差大，不能完成全参数测试等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种扩频模块，所述扩频模块至少包括：

N倍频器，接收射频信号并将所述射频信号倍频至毫米波/太赫兹频段；

毫米波/太赫兹双定向耦合器，连接于所述N倍频器的输出端，将所述N倍频器输出的毫 米波太赫兹信号的一部分直通输出，一部分耦合输出作为参考信号，并将测试件反馈信号耦 合输出作为测试信号；

第一毫米波/太赫兹谐波混频器，连接于所述毫米波/太赫兹双定向耦合器的参考耦合输出 端，并接收第一本振信号，对所述参考信号进行下变频得到中频参考信号；

第二毫米波/太赫兹谐波混频器，连接于所述毫米波/太赫兹双定向耦合器的测试耦合输出 端，并接收第一本振信号，对所述测试信号进行下变频得到中频测试信号，并通过所述扩频 模块的中频测试端口输出所述中频测试信号；

毫米波/太赫兹定向耦合器，连接于所述毫米波/太赫兹双定向耦合器的直通输出端，直通 输出所述毫米波/太赫兹双定向耦合器的输出信号，并将所述扩频模块的噪声功率耦合输出；

M倍频器，接收第一本振信号并将所述第一本振信号倍频得到第二本振信号；

毫米波/太赫兹二次谐波混频器，连接于所述毫米波/太赫兹定向耦合器的耦合输出端及所 述M倍频器的输出端，将所述噪声功率下变频至预设频率得到中频噪声信号；

射频/微波开关，接收所述中频参考信号及所述中频噪声信号，基于控制信号选择所述中 频参考信号或所述中频噪声信号输出；

其中，N、M为大于等于1的实数。

可选地，所述扩频模块还包括分路器，所述分路器接收所述第一本振信号，将所述第一 本振信号分为两路后分别提供给所述第一毫米波/太赫兹谐波混频器及所述第二毫米波/太赫 兹谐波混频器。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种在片测试***，所述在片测试***至 少包括：

矢量网络分析仪、第一扩频模块、第二扩频模块及探针台；

所述矢量网络分析仪用于产生测试所需的激励信号并对所述第一扩频模块和/或所述第二 扩频模块反馈的信号进行处理；

所述第一扩频模块连接于所述矢量网络分析仪的信号发送端与所述探针台之间，所述第 二扩频模块连接于所述矢量网络分析仪的信号接收端与所述探针台之间，所述第一扩频模块 及所述第二扩频模块为上述扩频模块；

所述探针台连接所述第一扩频模块及所述第二扩频模块，用于承载固定被测件并基于所 述矢量网络分析仪提供的参数对所述被测件进行测试。

可选地，所述在片测试***还包括毫米波/太赫兹功率计，所述毫米波/太赫兹功率计在测 试前连接所述第一扩频模块及所述第二扩频模块以分别获取所述第一扩频模块及所述第二扩 频模块的输出信号的功率信息，并将功率信息发送给所述矢量网络分析仪，以实现对输出功 率的校准。

可选地，所述在片测试***还包括程控电源，所述程控电源连接所述矢量网络分析仪， 为所述被测件提供直流供电并实时监测所述被测件在工作状态下的电流信息，以完成对被测 件的功率附加效率测试。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种S参数测试方法，所述S参数测试方 法至少包括：

利用在片矢量校准消除测试***至探针尖的失配和损耗误差，将测试参考面移动至探针 尖处，利用毫米波/太赫兹功率计完成功率校准后，矢量网络分析仪向第一扩频模块及第二扩 频模块提供射频信号及第一本振信号，所述第一扩频模块及所述第二扩频模块将中频参考信 号及中频测试信号回传至所述矢量网络分析仪，完成S参数的测试。

可选地，获取所述中频参考信号及所述中频测试信号的方法包括：

毫米波/太赫兹双定向耦合器接收所述射频信号倍频后的毫米波太赫兹信号，直通支路输 出毫米波/太赫兹信号，参考耦合输出端输出参考信号，测试耦合输出端输出测试信号；

所述参考信号下变频为所述中频参考信号，并经过扩频模块的参考通道回传给矢量网络 分析仪的参考接收机；

所述测试信号下变频为所述中频测试信号，并通过扩频模块的测试通道回传给矢量网络 分析仪的测试接收机。

更可选地，所述S参数测试方法的被测件为毫米波/太赫兹放大器芯片。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种噪声系数测试方法，所述噪声系数测 试方法至少包括：

利用在片矢量校准消除测试***至探针尖的失配和损耗误差，将测试参考面移动至探针 尖处，利用毫米波/太赫兹功率计完成功率校准后，测试得到第二扩频模块与所述矢量网络分 析仪作为噪声测试接收参考面的噪声系数；

再将所述第一扩频模块及所述第二扩频模块与被测件连接，测试得到被测件与扩频模块 级联下的噪声系数，根据噪声级联公式去除所述第二扩频模块与所述矢量网络分析仪作为噪 声测试接收参考面的噪声系数，并基于被测件的增益特性得到被测件的噪声系数。

可选地，获取所述第二扩频模块的噪声系数的方法包括：

扩频模块中毫米波/太赫兹定向耦合器测试得到噪声功率，所述噪声功率经过所述毫米波/ 太赫兹定向耦合器的耦合输出端输出，并下变频为预设频率的中频噪声信号传送回矢量网络 分析仪的测试接收机。

更可选地，所述噪声系数测试方法的被测件为毫米波/太赫兹放大器芯片。

如上所述，本发明的扩频模块、在片测试***及其S参数、噪声系数测试方法，具有以 下有益效果：

本发明针对毫米波/太赫兹放大器芯片在片测试时无法同时精确测试S参数和噪声系数的 问题，发明了一种支持毫米波至太赫兹频段放大器芯片S参数和噪声系数在片测试***。该 在片测试***将噪声系数测试的电路集成至同一台毫米波/太赫兹扩频模块中，有效的解决了 多次连接增加测试不确定度的难题，同时支持矢量误差校准的方式，将测试参考面平移至探 针尖处，有效保证测试的精度。采用低频开关解决了毫米波/太赫兹开关的高损耗问题，使用 扫描本振信号，固定中频的方式，使得测试频率从毫米波突破至太赫兹频段。

附图说明

图1显示为本发明的扩频模块的结构示意图。

图2显示为本发明的在片测试***的结构示意图。

元件标号说明

1 扩频模块

1a 第一扩频模块

1b 第二扩频模块

11 N倍频器

12 毫米波/太赫兹双定向耦合器

13 第一毫米波/太赫兹谐波混频器

14 第二毫米波/太赫兹谐波混频器

15 分路器

16 毫米波/太赫兹定向耦合器

17 M倍频器

18 毫米波/太赫兹二次谐波混频器

19 射频/微波开关

2 矢量网络分析仪

3 探针台

4 程控电源

5 功率计

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。

请参阅图1～图2。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。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种扩频模块1，所述扩频模块1包括：

N倍频器11、毫米波/太赫兹双定向耦合器12、第一毫米波/太赫兹谐波混频器13、第二 毫米波/太赫兹谐波混频器14、毫米波/太赫兹定向耦合器16、M倍频器17、毫米波/太赫兹 二次谐波混频器18及射频/微波开关19。

如图1所示，所述N倍频器11接收射频信号RF，并将所述射频信号RF倍频至毫米波/太赫兹频段，得到毫米波太赫兹信号。

具体地，所述N倍频器11接收射频信号RF，并对所述射频信号RF进行N倍频，以得到毫米波/太赫兹信号。N为倍频数，可根据实际需要设定N的数值，N为大于等于1的实数，在此不一一限定。

如图1所示，所述毫米波/太赫兹双定向耦合器12连接于所述N倍频器11的输出端，将 所述毫米波太赫兹信号的一部分直通输出，一部分耦合输出作为参考信号，并将测试件反馈 信号耦合输出作为测试信号。

具体地，所述毫米波/太赫兹双定向耦合器12包括输入端、直通输出端、参考耦合输出端 及测试耦合输出端；所述毫米波太赫兹信号从所述毫米波/太赫兹双定向耦合器12的输入端 进入直通通路，大部分(毫米波太赫兹信号)经由直通通路从所述毫米波/太赫兹双定向耦合 器12的直通输出端输出，小部分耦合至参考耦合输出端作为参考信号；所述毫米波/太赫兹 双定向耦合器12的直通输出端接收测试件反馈信号，所述测试件反馈信号中一部分耦合至测 试耦合输出端作为测试信号。

如图1所示，所述第一毫米波/太赫兹谐波混频器13连接于所述毫米波/太赫兹双定向耦 合器12的参考耦合输出端，并接收第一本振信号LO1，对所述参考信号进行下变频，得到中 频参考信号IF REF。

具体地，所述第一毫米波/太赫兹谐波混频器13的射频输入端连接所述毫米波/太赫兹双 定向耦合器12的参考耦合输出端，本振输入端接收第一本振信号LO1，基于所述第一本振信 号LO1对所述参考信号进行下变频并在所述第一毫米波/太赫兹谐波混频器13的中频输出端 输出所述中频参考信号IF REF。

如图1所示，所述第二毫米波/太赫兹谐波混频器14连接于所述毫米波/太赫兹双定向耦 合器12的测试耦合输出端，并接收所述第一本振信号LO1，对所述测试信号进行下变频，得 到中频测试信号，并通过所述扩频模块的中频测试端口输出所述中频测试信号IFTEST。

具体地，所述第二毫米波/太赫兹谐波混频器14的射频输入端连接所述毫米波/太赫兹双 定向耦合器12的测试耦合输出端，本振输入端接收第一本振信号LO1，基于所述第一本振信 号LO1对所述测试信号进行下变频并在所述第二毫米波/太赫兹谐波混频器14的中频输出端 输出所述中频测试信号。

需要说明的是，在本实施例中，所述扩频模块还包括分路器15，所述第一本振信号LO1 通过分路器15分为两路分别提供给所述第一毫米波/太赫兹谐波混频器13及所述第二毫米波 /太赫兹谐波混频器14，在实际使用中，任意可将信号分为多路以避免相互干扰的器件均适用， 在此不一一赘述。

如图1所示，所述毫米波/太赫兹定向耦合器16连接于所述毫米波/太赫兹双定向耦合器 12的直通输出端，直通输出所述毫米波/太赫兹双定向耦合器12的输出信号，并将所述扩频 模块的噪声功率耦合输出。

具体地，所述毫米波/太赫兹定向耦合器16包括输入端、直通输出端及耦合输出端；所 述毫米波/太赫兹双定向耦合器12直通输出端输出的信号进入所述毫米波/太赫兹定向耦合器 16的直通通路，并从所述毫米波/太赫兹定向耦合器16的直通输出端输出；所述毫米波/太赫 兹定向耦合器16的耦合输出端输出所述扩频模块的噪声功率。

如图1所示，所述M倍频器17接收第一本振信号LO1并将所述第一本振信号LO1倍频得到第二本振信号LO2。

具体地，所述M倍频器17接收所述第一本振信号LO1，并对所述第一本振信号LO1进行M倍频，以得到所述第二本振信号LO2。M为倍频数，可根据实际需要设定M的数值， M为大于等于1的实数，在此不一一限定。

如图1所示，所述毫米波/太赫兹二次谐波混频器18连接于所述毫米波/太赫兹定向耦合 器16的耦合输出端及所述M倍频器17的输出端，将所述噪声功率下变频至预设频率得到中 频噪声信号IF NF。

具体地，所述毫米波/太赫兹二次谐波混频器18的射频输入端连接所述毫米波/太赫兹定 向耦合器16的耦合输出端，本振输入端接收所述第二本振信号LO2，基于所述第二本振信号 LO2对所述噪声功率进行下变频并在所述毫米波/太赫兹二次谐波混频器18的中频输出端输 出所述中频噪声信号IF NF。

如图1所示，所述射频/微波开关19接收所述中频参考信号IF REF及所述中频噪声信号 IF NF，基于控制信号选择所述中频参考信号IF REF或所述中频噪声信号IF NF输出。

具体地，在本实施例中，所述射频/微波开关19为单刀双掷开关，包括两个输入端及一 个输出端，所述射频/微波开关19的第一输入端连接所述第一毫米波/太赫兹谐波混频器13 的中频输出端，第二输入端连接所述毫米波/太赫兹二次谐波混频器18的中频输出端，基于 外部控制信号TTL选择所述中频参考信号IF REF或所述中频噪声信号IF NF输出，用于切 换测试支路。

实施例二

如图2所示，本实施例提供一种在片测试***，所述在片测试***至少包括：

矢量网络分析仪2、第一扩频模块1a、第二扩频模块1b及探针台3。

如图2所示，所述矢量网络分析仪2用于产生测试所需的激励信号，并对所述第一扩频 模块和/或所述第二扩频模块反馈的信号进行处理。

具体地，所述矢量网络分析仪2是一种电磁波能量的测试设备，它既能测量单端口网络 或两端口网络的各种参数幅值，又能测相位。作为示例，所述矢量网络分析仪2用于完成毫 米波太赫兹频段下的线性参数和非线性参数的测试，包括但不限于S参数，增益xdB压缩， 功率P-xdB特性及驻波测试，在此不一一赘述。

具体地，在本实施例中，所述矢量网络分析仪2包括收发测试模块、参考接收机及信号 处理模块；所述收发测试模块连接所述扩频模块1，为所述扩频模块1提供激励信号和本振 信号，并(基于所述收发测试模块中的测试接收机)接收所述扩频模块1输出的中频测试信 号。所述参考接收机连接所述扩频模块1，接收所述扩频模块1输出的中频参考信号IFREF。 所述信号处理模块连接所述收发测试模块及所述参考接收机，对所述中频参考信号IF REF及 所述中频测试信号进行处理，以得到测试结果。

需要说明的是，所述矢量网络分析仪2不限于本实施例列举的模块，任意可用于辅助测 试的模块均适用于本发明的矢量网络分析仪2，不以本实施例为限。

如图2所示，所述第一扩频模块1a连接于所述矢量网络分析仪2的信号发送端(P1端 口)与所述探针台3之间，所述第二扩频模块1b连接于所述矢量网络分析仪2的信号接收端 (P2端口)与所述探针台3之间。

具体地，所述第一扩频模块1a及所述第二扩频模块1b的结构为实施例一的扩频模块， 在此不一一赘述。

如图2所示，所述探针台3连接所述第一扩频模块1a及所述第二扩频模块1b，用于承 载固定被测件并基于所述第一扩频模块1a和/或所述第二扩频模块1b提供的参数对所述被测 件进行测试。

具体地，所述探针台3包括但不限于手动探针台、半自动探针台、全自动探针台或带温 控***的高低温探针台。所述被测件包括但不限于被测芯片，本实施例中，所述被测件为毫 米波/太赫兹放大器芯片。

如图2所示，作为本发明的一种实现方式，所述在片测试***还包括程控电源4，所述程 控电源4连接所述矢量网络分析仪2，为所述被测件提供直流供电，并通过与所述矢量网络 分析仪2的通信控制接口连接实时监测所述被测件在工作状态下的电流信息，对被测件(包 括但不限于毫米波太赫兹放大器芯片)实现包括但不限于功率附加效率的测试(Power-added efficiency，PAE)。

如图2所示，作为本发明的一种实现方式，所述在片测试***还包括功率计5，所述功 率计5在测试前连接所述第一扩频模块1a及所述第二扩频模块1b以获取所述第一扩频模块 1a及所述第二扩频模块1b输出信号的功率信息，并将所述功率信息发送给所述矢量网络分 析仪2，以实现对输出功率的校准。

实施例三

本实施例提供一种S参数测试方法，基于实施例二的在片测试***，所述S参数测试方 法包括：利用在片矢量校准消除测试***至探针尖的失配和损耗误差，将测试参考面移动至 探针尖处，利用毫米波/太赫兹功率计完成功率校准后，矢量网络分析仪向第一扩频模块及第 二扩频模块提供射频信号及第一本振信号，所述第一扩频模块及所述第二扩频模块将中频参 考信号IF REF及中频测试信号IF NF回传至所述矢量网络分析仪，完成S参数的测试。

具体包括以下步骤：

首先，如图2所示，进行S参数测试时，由所述矢量网络分析仪2触发出TTL(TTL，Transistor-Transistor Logic，晶体管逻辑电平)高电平至所述第一扩频模块1a及所述第二扩频 模块1b的射频/微波开关19，所述射频/微波开关19接收传来的高电平信号，将开关连接导 通所述第一毫米波/太赫兹谐波混频器13测试支路，即S参数测试路径。

需要说明的是，TTL电平的高低与选通测试支路的对应关系可基于实际需要设置，不以 本实施例为限。

然后，利用在片矢量校准方法消除测试***(包括但不限于矢量网络分析仪，连接电缆， 第一扩频模块及第二扩频模块)至探针尖的失配和损耗误差，将测试参考面移动至探针尖处， 再利用毫米波/太赫兹功率计完成功率校准。在本实施例中，利用ISS(ISS,Impedance substrate standard)在片校准件执行SOLT(SOLT,Short-Open-Load-Thru)或TRL(TRL,Thru-Reflect-Line) 实现在片矢量校准，不以本实施例为限。

最后，如图1及图2所示，矢量网络分析仪2发射给所述第一扩频模块1a及所述第二扩 频模块1b射频信号和本振信号，所述第一扩频模块1a及所述第二扩频模块1b通过内部的N 倍频器11将输入的射频信号倍频至毫米波/太赫兹频率，再由所述毫米波/太赫兹双定向耦合 器12的直通支路输出毫米波/太赫兹信号。在毫米波/太赫兹信号输出前，该信号通过所述毫 米波/太赫兹双定向耦合器12的参考耦合支路，将部分信号耦合出至所述第一毫米波/太赫兹 谐波混频器13的射频输入端，该参考信号被下变频至中频后，经过参考通道回传给矢量网络 分析仪2的参考接收机。接着对应扩频模块会接收到被测件传输或反射的测试信号(即测试 件反馈信号)，测试信号经过所述毫米波/太赫兹双定向耦合器12的一支耦合支路后与所述 第二毫米波/太赫兹谐波混频器14进行下变频，最后将下变频后的中频测试信号通过测试通 道回传给矢量网络分析仪2的测试接收机，进而准确完成在片S参数的测试。

实施例四

本实施例提供一种噪声系数测试方法，基于实施例二的在片测试***，所述噪声系数测 试方法包括：利用在片矢量校准消除测试***至探针尖的失配和损耗误差，将测试参考面移 动至探针尖处，利用毫米波/太赫兹功率计完成功率校准后，测试得到第一扩频模块或第二扩 频模块的噪声系数；再将所述第一扩频模块及所述第二扩频模块与被测件连接，测试得到被 测件与扩频模块级联下的噪声系数，根据噪声级联公式去除所述第一扩频模块及所述第二扩 频模块的噪声系数，并基于被测件的增益特性得到被测件的噪声系数。

具体包括以下步骤：

首先，如图2所示，测试芯片的噪声系数时，所述矢量网络分析仪2触发TTL低电平至 所述第二扩频模块1b的射频/微波开关19，所述射频/微波开关19接收传来的低电平信号， 连接导通所述毫米波/太赫兹二次谐波混频器18的下变频测试支路，该测试支路专为噪声系 数测试设计。

然后，使用毫米波太赫兹功率计连接所述第二扩频模块1b的输入端口，并且使用TRL 方法(或SOLT方法)对所述在片测试***实现校准，消除测试***至探针尖的失配和损耗 误差，将测试参考面移动至探针尖处，完成以所述第二扩频模块1b和矢网构成的接收端噪声 参数表征。

具体地，矢量网络分析仪2在上述校准结束后测试得到所述第二扩频模块1b和矢量网络 分析仪接收机的噪声功率，并计算得到所述第二扩频模块1b和所述矢量网络分析仪2整体作 为噪声测试接收参考端的噪声系数。如图1及图2所示，所述第二扩频模块1b中的所述毫米 波/太赫兹定向耦合器16测试得到所述第二扩频模块1b的噪声功率，该噪声功率经过所述毫 米波/太赫兹定向耦合器16的耦合支路后与所述毫米波/太赫兹二次谐波混频器18下变频至中 频噪声信号IF NF，传送至所述射频/微波开关19处，最后传送回矢量网络分析仪2的测试接 收机。其中，所述毫米波/太赫兹二次谐波混频器18的本振信号由矢量网络分析仪2的本振 信号源提供，所述毫米波/太赫兹二次谐波混频器18接收的第二本振信号LO2与所述宽带毫 米波/太赫兹噪声信号下变频至固定中频(中频噪声信号IF NF)，该固定中频信号频率非常 低，因此混频的上边带和下边带的噪声信号功率大小几乎一致，从而确保了噪声功率测试的 精度。

需要说明的是，中频噪声信号IF NF的频率可基于实际需要设定，能满足混频的上边带 和下边带的噪声信号功率大小几乎一致即可，在此不一一赘述。

最后，将所述第一扩频模块1a、所述第二扩频模块1b与被测件(在本实施例中，所述 被测件为毫米波/太赫兹放大器芯片)连接，测试得到被测件与扩频模块级联下的噪声系数， 根据噪声级联公式去除所述第二扩频模块1b与所述矢量网络分析仪2作为噪声测试接收参考 面的噪声系数，又因为S参数测试时，准确测得放大器芯片的增益特性，因此可以准确测试 被测件的噪声系数。

矢量网络分析仪2主要提供测试需要的激励信号和接收测试信号的主机，采集后处理测 试数据，并作为测试***的主控设备连接控制其他仪器。毫米波/太赫兹扩频模块(即第一扩 频模块及第二扩频模块)将矢量网络分析仪2的测试频率提高至太赫兹频段，毫米波/太赫兹 扩频模块可以实现同时测试S参数和噪声系数。本发明的在片测试***利用ISS在片校准件 执行SOLT或TRL校准方法将测试参考面从仪器仪表端面移至探针尖处，减少了因测试连接 线缆/适配器引起的测试误差；测试过程中采用开关切换的方法，同时在同一个测试***平台 完成S参数测和噪声系数的测试，规避了因改变测试环境造成的测试误差，也提升了测试效 率；高低温探针台固定被测放大器芯片，为被测芯片提供需要的测试环境温度。直流供电电 源为被测件提供工作电压。毫米波/太赫兹功率计完成在片测试前的校准工作。

综上所述，本发明提供一种扩频模块、在片测试***及其S参数、噪声系数测试方法， 包括：N倍频器，接收射频信号并将所述射频信号倍频至毫米波/太赫兹频段；毫米波/太赫兹 双定向耦合器，连接于所述N倍频器的输出端，将所述N倍频器输出的毫米波太赫兹信号的 一部分直通输出，一部分耦合输出作为参考信号，并将测试件反馈信号耦合输出作为测试信 号；第一毫米波/太赫兹谐波混频器，连接于所述毫米波/太赫兹双定向耦合器的参考耦合输出 端，并接收第一本振信号，对所述参考信号进行下变频得到中频参考信号；第二毫米波/太赫 兹谐波混频器，连接于所述毫米波/太赫兹双定向耦合器的测试耦合输出端，并接收第一本振 信号，对所述测试信号进行下变频得到中频测试信号，并通过所述扩频模块的中频测试端口 输出所述中频测试信号；毫米波/太赫兹定向耦合器，连接于所述毫米波/太赫兹双定向耦合器 的直通输出端，直通输出所述毫米波/太赫兹双定向耦合器的输出信号，并将所述扩频模块的 噪声功率耦合输出；M倍频器，接收第一本振信号并将所述第一本振信号倍频得到第二本振 信号；毫米波/太赫兹二次谐波混频器，连接于所述毫米波/太赫兹定向耦合器的耦合输出端及 所述M倍频器的输出端，将所述噪声功率下变频至预设频率得到中频噪声信号；射频/微波 开关，接收所述中频参考信号及所述中频噪声信号，基于控制信号选择所述中频参考信号或 所述中频噪声信号输出。本发明针对毫米波/太赫兹放大器芯片在片测试时无法同时精确测试 S参数和噪声系数的问题，将S参数测试和噪声系数测试的电路集成至同一台毫米波/太赫兹 扩频模块中，有效的解决了多次连接增加测试不确定度的难题，同时支持矢量误差校准的方 式，将测试参考面平移至探针尖处，有效保证测试的精度；采用低频开关解决了毫米波/太赫 兹开关的高损耗问题，使用扫描本振信号，固定中频的方式，使得测试频率从毫米波突破至 太赫兹频段。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 (11)

1.一种扩频模块，其特征在于，所述扩频模块至少包括：

N倍频器，接收射频信号并将所述射频信号倍频至毫米波/太赫兹频段；

毫米波/太赫兹双定向耦合器，连接于所述N倍频器的输出端，将所述N倍频器输出的毫米波太赫兹信号的一部分直通输出，一部分耦合输出作为参考信号，并将测试件反馈信号耦合输出作为测试信号；

第一毫米波/太赫兹谐波混频器，连接于所述毫米波/太赫兹双定向耦合器的参考耦合输出端，并接收第一本振信号，对所述参考信号进行下变频得到中频参考信号；

第二毫米波/太赫兹谐波混频器，连接于所述毫米波/太赫兹双定向耦合器的测试耦合输出端，并接收第一本振信号，对所述测试信号进行下变频得到中频测试信号，并通过所述扩频模块的中频测试端口输出所述中频测试信号；

毫米波/太赫兹定向耦合器，连接于所述毫米波/太赫兹双定向耦合器的直通输出端，直通输出所述毫米波/太赫兹双定向耦合器的输出信号，并将所述扩频模块的噪声功率耦合输出；

M倍频器，接收第一本振信号并将所述第一本振信号倍频得到第二本振信号；

毫米波/太赫兹二次谐波混频器，连接于所述毫米波/太赫兹定向耦合器的耦合输出端及所述M倍频器的输出端，将所述噪声功率下变频至预设频率得到中频噪声信号；

射频/微波开关，接收所述中频参考信号及所述中频噪声信号，基于控制信号选择所述中频参考信号或所述中频噪声信号输出；

其中，N、M为大于等于1的实数。

2.根据权利要求1所述的扩频模块，其特征在于：所述扩频模块还包括分路器，所述分路器接收所述第一本振信号，将所述第一本振信号分为两路后分别提供给所述第一毫米波/太赫兹谐波混频器及所述第二毫米波/太赫兹谐波混频器。

3.一种在片测试***，其特征在于，所述在片测试***至少包括：

矢量网络分析仪、第一扩频模块、第二扩频模块及探针台；

所述矢量网络分析仪用于产生测试所需的激励信号并对所述第一扩频模块和/或所述第二扩频模块反馈的信号进行处理；

所述第一扩频模块连接于所述矢量网络分析仪的信号发送端与所述探针台之间，所述第二扩频模块连接于所述矢量网络分析仪的信号接收端与所述探针台之间，所述第一扩频模块及所述第二扩频模块为如权利要求1-2任意一项所述的扩频模块；

所述探针台连接所述第一扩频模块及所述第二扩频模块，用于承载固定被测件并基于所述矢量网络分析仪提供的参数对所述被测件进行测试。

4.根据权利要求3所述的在片测试***，其特征在于：所述在片测试***还包括毫米波/太赫兹功率计，所述毫米波/太赫兹功率计在测试前连接所述第一扩频模块及所述第二扩频模块以分别获取所述第一扩频模块及所述第二扩频模块的输出信号的功率信息，并将功率信息发送给所述矢量网络分析仪，以实现对输出功率的校准。

5.根据权利要求3所述的在片测试***，其特征在于：所述在片测试***还包括程控电源，所述程控电源连接所述矢量网络分析仪，为所述被测件提供直流供电并实时监测所述被测件在工作状态下的电流信息，以完成对被测件的功率附加效率测试。

6.一种S参数测试方法，基于如权利要求3-5任意一项所述的在片测试***，其特征在于，所述S参数测试方法至少包括：

利用在片矢量校准消除测试***至探针尖的失配和损耗误差，将测试参考面移动至探针尖处，利用毫米波/太赫兹功率计完成功率校准后，矢量网络分析仪向第一扩频模块及第二扩频模块提供射频信号及第一本振信号，所述第一扩频模块及所述第二扩频模块将中频参考信号及中频测试信号回传至所述矢量网络分析仪，完成S参数的测试。

7.根据权利要求5所述的S参数测试方法，其特征在于：获取所述中频参考信号及所述中频测试信号的方法包括：

毫米波/太赫兹双定向耦合器接收所述射频信号倍频后的毫米波太赫兹信号，直通支路输出毫米波/太赫兹信号，参考耦合输出端输出参考信号，测试耦合输出端输出测试信号；

所述参考信号下变频为所述中频参考信号，并经过扩频模块的参考通道回传给矢量网络分析仪的参考接收机；

所述测试信号下变频为所述中频测试信号，并通过扩频模块的测试通道回传给矢量网络分析仪的测试接收机。

8.根据权利要求6-7任意一项所述的S参数测试方法，其特征在于：所述S参数测试方法的被测件为毫米波/太赫兹放大器芯片。

9.一种噪声系数测试方法，基于如权利要求3-5任意一项所述的在片测试***，其特征在于，所述噪声系数测试方法至少包括：

利用在片矢量校准消除测试***至探针尖的失配和损耗误差，将测试参考面移动至探针尖处，利用毫米波/太赫兹功率计完成功率校准后，测试得到第二扩频模块与所述矢量网络分析仪作为噪声测试接收参考面的噪声系数；

再将所述第一扩频模块及所述第二扩频模块与被测件连接，测试得到被测件与扩频模块级联下的噪声系数，根据噪声级联公式去除所述第二扩频模块与所述矢量网络分析仪作为噪声测试接收参考面的噪声系数，并基于被测件的增益特性得到被测件的噪声系数。

10.根据权利要求8所述的噪声系数测试方法，其特征在于：获取所述第二扩频模块的噪声系数的方法包括：

扩频模块中毫米波/太赫兹定向耦合器测试得到噪声功率，所述噪声功率经过所述毫米波/太赫兹定向耦合器的耦合输出端输出，并下变频为预设频率的中频噪声信号传送回矢量网络分析仪的测试接收机。

11.根据权利要求9-10任意一项所述的噪声系数测试方法，其特征在于：所述噪声系数测试方法的被测件为毫米波/太赫兹放大器芯片。

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