CN103969566A - Smu rf晶体管稳定性装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及SMU RF晶体管稳定性装置。一种RF测试方法和系统，通过所述RF测试方法和系统DC测量路径还能够表现得像适当地端接的RF路径一样。实现这个需要输出HI、LO以及感测HI导体以频率选择性方式被端接，使得所述端接不影响SMUDC测量。一旦所有SMU输入/输出阻抗被控制以及适当地端接以消除反射，只要仪器维持与仪器对仪器的高绝缘(单独的仪器被用在栅极和漏极上，或者在所述器件的输入端和输出端上)，高速器件就将在器件测试期间不再振荡。HI、HO以及感测HI导体的输出端经由三个三轴电缆被耦合到所述DUT的各个节点，所述三个三轴电缆的所述外屏蔽被彼此耦合并且耦合到SMU接地。

Description

SMU RF晶体管稳定性装置
相关申请的交叉引用
本申请要求通过引用结合到本文中的2013年2月1日提交的美国临时专利申请序号61/759,987的权益。
技术领域
本公开一般地涉及射频(RF)晶体管领域。特别地，描述了一种在RF晶体管的测试和测量中被采用来提供增加的稳定性的系统。
背景技术
使RF晶体管以及其他放大器和三端分立器件保持稳定的设计要求通常与源管理单元(SMU)在对这些器件进行DC测量时的需要相冲突。特别地，这种RF器件的DC测试趋于使RF器件闯入（break into）振荡。结果，许多RF器件简单地不能够被DC测试。因此，存在对改进并且推进用于测试这些部件的已知方法学的设计的测试RF晶体管的方法的需要。与本领域中现有的需要有关的新的且有用的系统的示例在下面被讨论。
在这方面，SMU被常常用来测试高速器件(速度大于1Mhz)，诸如晶体管和集成电路放大器。晶体管的DC I/V(电流/电压)曲线和RF放大器的IDDQ测量是对这些器件进行的常见测试。符号IDDQ有两个意义。IDDQ通常被用来指的是静态电源电流并且还可以被用来指的是基于采取静态电源电流(IDDQ)测量的测试方法学。因此，作为测试方法学的IDDQ是基于测量被测试器件(DUT)的静态电源电流的测试方法学。
这些器件中的每一个都具有一个共同点，增益，所述增益要求在使用或者测试这些器件时需要特别注意。如本领域内众所周知的那样，当放大器增益大于一时如果输出端被允许用零相位耦合回到输入端，则具有增益的任何器件具有用来振荡的电位。当这些高速放大器被用在它们的预期应用中时，必须注意以便使得输出端不能用相位对准延迟耦合回到输入端。进一步地，在超高速放大器的情况下，必须额外注意确保这些器件的输入端和输出端线路被适当地端接以消除反射。来自放大器输出端的反射能够耦合到放大器输入端，使放大器振荡。在这种情况下，反射能够将能量从放大器的输出端耦合到放大器的输入端，从而产生零相位条件，如上面先前所描述的那样。
诸如晶体管和放大器之类的先前的高速器件典型地被用长香蕉或三轴(triaxial)电缆连接到SMU。在每种情况下，长电缆(传输线路)既未被适当地端接，它们也没有正确的RF阻抗来消除有害振荡。结果，当基本I/V测量以上面所描述的方式被尝试时许多高速器件将振荡。
为简便常常被为三同轴电缆的这些三轴电缆是与同轴电缆(简称同轴电缆(coax))类似的一种电力电缆，但外加额外的绝缘层和第二导电护套。因此，三轴电缆比同轴电缆提供更大的带宽和干扰抑制。理想地，三轴电缆展示从内导体到外壳约100欧姆的阻抗。
先前已知的用来减少这种有害绝缘的方法和系统要求三轴电缆的内屏蔽以将对Hi和感测Hi输入连接的“保护”提供给SMU。保护频率被滚降远低于SMU环闭合以防止SMU由于上面所描述的有害条件而振荡，被称作“保护环振荡器”。以上拼合保护（split guard）通过用电阻器驱动电缆保护来实现。电阻性保护将用允许保护在高频率下“浮动”的频率来滚降。结果，三轴电缆中的这个内屏蔽或“保护导体”将针对远高于保护滚降频率的所有频率依照它在三轴电缆的内屏蔽与外屏蔽之间的位置来采用适当的RF电压。
因此，降低或者消除有害振荡针对测试高速RF器件的改进是所需要的。
发明内容
所公开的技术的实施例通常包括RF测试系统，通过所述RF测试系统DC测量路径还能够表现得像适当地端接的RF路径一样。实现这个目标需要输出HI、LO以及感测HI导体被以频率选择性方式端接，使得端接不影响SMU DC测量。一旦所有SMU输入/输出阻抗被控制以及适当地端接以消除反射，只要仪器维持与仪器对仪器的高绝缘(单独的仪器被用在栅极和漏极上，或者在器件的输入端和输出端上)，高速器件就将在器件测试期间不再振荡。
本发明的前述和其它目的、特征以及优点从参考附图进行的以下具体描述中将变得更显而易见。
附图说明
图1是依照所公开的技术的特定实施例的SMU RF晶体管稳定性装置的第一实施例的框图视图。
图2是图1中举例说明的SMU RF晶体管稳定性装置的示例的示意图。
具体实施方式
所公开的RF测试方法学通过结合图回顾以下具体描述而将变得更好理解。具体描述和图仅仅提供本文中所描述的各种发明的示例。本领域的技术人员将理解，所公开的示例可以被变化、修改以及改变而不背离本文中所描述的发明的范围。许多变化针对不同的应用和设计考虑被设想到；然而，为了简洁起见，每一个设想的变化在以下具体描述中都未被个别地描述。
遍及以下具体描述，提供了各种RF测试方法学的示例。示例中的相关特征在不同的示例中可以是相同的、类似的或相异的。为了简洁起见，将不在每个示例中冗余地说明相关特征。替代地，相关特征名称的使用将给读者暗示具有相关特征名称的特征可以与先前所说明的示例中的相关特征类似。特定于给定示例的特征将在该特定示例中被描述。读者应该理解的是，给定特征在任何给定图或示例中不需要与相关特征的特定描绘相同或类似。
参考图1，现将描述SMU RF晶体管稳定性装置系统和方法学10的第一示例的框图。系统10包括：被测试器件(DUT) 12；具有第一组至少三个测试点44、46、48的第一SMU 14；第一组三轴电缆49、56、64；连接到DUT 12的一组节点70、72、74；具有第二组至少三个测试点144、146、148的第二SMU 114；以及第二组三轴电缆149、156、164。
如图2中所示，第一组三轴电缆49、56、64中的每一个都分别包括至少中心信号导体50、60、66、外屏蔽54、62、68以及中间导体52、58、67。类似地，第二组三轴电缆149、156、164中的每一个都分别包括中心信号导体150、160、166、外屏蔽154、162、168以及中间导体152、158、167。系统10用来提供在SMU的输入端与输出端之间的降低干扰情况下允许RF DUT的I/V特性的测量的电缆互连方法学。
在图2中所示出的示例中，SMU 114被配置与SMU 14相同；因此，需要相对于仅SMU 14及其与三轴电缆49、56、64的连接来描述方法和系统10。为便于理解并且当在SMU 14与SMU 114之间参考时，用于SMU 114的镜像部件中的每一个都已经用增加了100的对应SMU 14标记来标记，(例如，SMU 14与SMU 114相同，第一保护电阻器26与第一保护电阻器126相同等)。将附带给出所描述的电阻器和电容器中的每一个的值，但读者将领会，那些值对于给定部件来说只不过是一组值的示例。因此，对于本文中所描述的电阻器和电容器中的每一个来说系统10的其他示例可以包括许多组其他的值。进一步地，DUT 12在本示例中被示出为双极晶体管，但在其他系统示例中可以是任何三端器件。
如图2中能够看到的，SMU 14进一步包括HI输入端子16、感测HI 输入端子18以及LO输入端子20。HI输入端子16通过提供与第一保护电容器24 (50pF)和第二保护电容28 (150pF)串联到LO输入端子20并且通过接地电容器38 (100pF)接地到接地端子42的第一端接电阻器22 (50Ω)而被RF端接高于截止(CUTOFF)频率。附加地， HI输入端子16通过测试点44还被电力地耦合到三轴电缆49。应该注意的是，与HI输入端子16电力地耦合的是三轴电缆49的中心信号导体50。三轴电缆49的中心信号导体50通过节点70还被电力地耦合到DUT 12的基极。
类似地，感测HI (S+)输入端子18通过提供与第三保护电容器32 (50pF)和第四保护电容36 (150pF)串联到LO输入端子20并且通过接地电容器38 (100pF)接地到接地端子42的第二端接电阻器30 (50Ω)而被RF端接高于截止频率。附加地，感测HI 端子18通过测试点46还被电力地耦合到三轴电缆56。应该注意的是，与感测HI输入端子18电力地耦合的是三轴电缆56的中心信号导体60。三轴电缆56的中心信号导体60通过节点70还被电力地耦合到DUT 12的基极。
第一端接电阻器22和第二端接电阻器30两者以及它相应的保护电容器24、32中的一个针对低于截止频率的所有频率用其相应的保护电阻器26、34而被“守护”。保护电阻器26、34和所有保护电容器24、28、32、36被设计以便使得DC保护仅在截止频率以下工作，从而让HI输入端子16和感测 Hi输入端子18被适当地RF端接高于截止频率。进一步地，三轴电缆49、56、64的外屏蔽54、62、68被电力地耦合在一起并且在接地端子42处被接地。对于所公开的实施例需要这些连接维持适当的端接。
LO输入端子20被电力地耦合到如先前所陈述的HI输入端子16和感测 HI输入端子18，以及电力地耦合到三轴电缆64的中心信号导体。进一步地，三轴电缆64的中间导体67还被电力地耦合到LO输入端子20，同时三轴电缆64的中心信号导体66通过节点74被电力地耦合到DUT 12的发射极，所述节点74还被电力地耦合到三轴电缆164的中心信号导体166。
第三保护电阻器40 (20KΩ)通过它们相应的中间导体52、58被电力地耦合到三同轴线49和三同轴线56。保护电阻器40以与保护电阻器26、34相同的方式起作用，所述保护电阻器26、34将利用在三个保护输入端子中的每一个处的运算放大器(运算放大器电路未示出)来分别查看什么电压是在HI输入端子16和感测 HI输入端子18上，并且将那些相同的电压放在那些相应的保护输入端。因此，例如，在低于截止频率的频率下，DC保护生效；然而，对于高于截止频率的频率，DC保护将失效，并且HI输入端子16和感测 HI 输入端子18将被适当地端接到接地端子42。
应该注意的是，系统10像上面所说明的那样适于I/V测量(低于截止频率的频率)并且适于RF测量(高于截止频率的频率)。虽然每个SMU的截止频率可能因为内部部件的值而变化，但是用于截止频率的最佳值部分地取决于DUT被适当地端接和稳定所需要的测量带宽以及RF频率。然而，照例，截止频率应该被设计成尽可能低，其典型地仅高于测量带宽。对于高分辨率I/V测量，对于待在3Khz与6Khz之间的频率截止(仅高于I/V测量)将是不常见的。例如，在本公开的实施例中，截止频率是约3,538Hz，其是低于在进行大多数I/V测量情况下的频率。可替换地，其他方法可以具有在先前公开的3-6Khz范围内的截止频率。
如图2中所举例说明的那样，本实施例公开了共发射极配置中的DUT 12的互连，其中DUT 12的发射极通过三轴电缆64的中心信号导体66和接地电容器38而为接地端子42所共有。可替换地，在其他示例中，能够用共基极或共集电极配置互连DUT。进一步地，本实施例中的DUT碰巧是NPN晶体管，但在其他示例中，DUT可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、运算放大器或任何三端分立器件。
已经参考举例说明的实施例描述并且举例说明了本发明的原理，将认识到，所举例说明的实施例可以在装置和细节上被修改而不背离这种原理，并且还可以以任何期望的方式被组合。并且虽然前述讨论已集中于特定实施例，但是可以设想其他配置。特别地，即使在本文中使用了诸如“根据本发明的实施例”等等之类的表达，这些短语也意在通常参考实施例可能性，并且不旨在将本发明限制于特定的实施例配置。如本文所用的那样，这些术语可以参考可组合到其他实施例中的相同的或不同的实施例。
因此，鉴于对本文中所描述的实施例的各式各样置换，这个具体描述和所附材料旨在仅仅为说明性的，并且不应该被认为是限制本发明的范围。因此，如本发明所要求保护的是如可能落入以下权利要求及其等同物的范围和精神内的所有这种修改。

Claims (16)

1.一种用于测试被测试器件(DUT)的方法，包括：
将包括至少三个测试点的第一源测量单元(SMU)连接到第一组至少三个三轴电缆，每个三轴电缆具有至少中心信号导体、外屏蔽、中间导体以及接地端子，以便使得所述三个测试点中的每一个都被分别连接到所述第一组所述三个三轴电缆中的每一个的所述中心信号导体的第一端，并且其中所述第一组三轴电缆的所述外屏蔽中的每一个都连同所述接地端子一起被电力地耦合在一起；
将所述第一组三轴电缆中的每一个的第二端连接到所述被测试器件的一组节点；
将包括至少三个测试点的第二SMU连接到第二组至少三个三轴电缆，并且具有中心信号导体、外屏蔽、中间导体以及接地端子以便使得所述三个测试点中的每一个都被分别连接到所述第二组所述三个三轴电缆中的每一个的所述中心信号导体的第一端，并且其中所述第二组三轴电缆的所述外屏蔽中的每一个都连同所述接地端子一起被电力地耦合在一起；
将所述第二组三轴电缆中的每一个的第二端连接到所述被测试器件的一组节点；
其中，所述第一和第二组三轴电缆两者的所述外屏蔽被电力地耦合在一起并且电力地耦合到它们相应的接地端子。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一SMU和第二SMU每个都包括机架接地端子，所述第一和第二组三轴电缆的所述相应的外屏蔽被电力地耦合到所述机架接地端子。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一SMU和第二SMU进一步包括：
电力地耦合到所述第一测试点的第一输入端子，所述第一输入端子具有：
　　电力地与所述第一输入端子串联耦合的第一端接电阻器；
　　电力地与所述第一端接电阻器串联耦合的第一保护电容器和第二保护电容器；
　　电力地与所述第一保护电容器和所述第二保护电容器耦合的第一保护电阻器；
　　电力地与它相应的接地端子串联耦合的接地电容器；
电力地耦合到所述第二测试点的第二输入端子，所述第二输入端子具有：
　　电力地与所述第二输入端子串联耦合的第二端接电阻器；
　　电力地与所述第二端接电阻器串联耦合的第三保护电容器和第四保护电容器；
　　电力地与所述第三保护电容器和所述第四保护电容器耦合的第二保护电阻器；以及
　　电力地耦合到所述第一输入端子、所述第二输入端子以及所述第三测试点的第三输入端子，并且其中所述第三输入端子还被电力地耦合到所述接地电容器及其相应的接地端子。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一输入端子被配置成接收Hi信号输入。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二输入端子被配置成接收感测Hi信号输入。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述第三输入端子被配置成接收Lo信号输入。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述DUT是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或运算放大器或三端分立器件。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述DUT被用共发射极配置电力地耦合到所述第一和第二组三轴电缆。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述DUT被用共基极配置电力地耦合到所述第一和第二组三轴电缆。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述DUT被用共集电极配置电力地耦合到所述第一和第二组三轴电缆。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一SMU和第二SMU每个都具有电力地耦合到第一测试点的相应的第一输入端，每个SMU具有电力地与第一端接电阻器耦合的相应的第一输入端子，每个SMU的终端电阻器具有至少50欧姆的电阻。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二组三轴电缆具有至少100欧姆的阻抗。
13.根据权利要求1所述的方法，其中每个SMU进一步包括分别电力地耦合到所述第一和第二三轴电缆的所述中间导体的第三保护电阻器。
14.一种用于测试被测试器件(DUT)的系统，包括：
包括连接到第一组至少三个三轴电缆的至少三个测试点的第一源测量单元(SMU)，每个电缆具有至少中心信号导体、外屏蔽、中间导体以及第一接地端子，以便使得所述三个测试点中的每一个都被分别连接到所述第一组三个三轴电缆中的每一个的所述中心信号导体的第一端，并且其中所述第一组三轴电缆的所述外屏蔽中的每一个都被电力地耦合在一起并且耦合到所述第一接地端子；
一组节点，所述组节点被连接到所述第一组三轴电缆中的每一个的第二端并且连接到所述DUT；
包括连接到第二组至少三个三轴电缆的至少三个测试点的第二SMU，每个电缆具有至少中心信号导体、外屏蔽、中间导体以及第二接地端子，以便使得所述三个测试点中的每一个都被分别连接到所述第二组三个三轴电缆中的每一个的所述中心信号导体的第一端，并且其中所述第二组三轴电缆的所述外屏蔽中的每一个都被电力地耦合在一起并且耦合到所述第二接地端子；
连接到所述组节点并且连接到所述DUT的所述第二组三轴电缆中的每一个的第二端；
其中，所述第一和第二组三轴电缆两者的所述外屏蔽被电力地耦合到它们相应的第一和第二接地端子。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一SMU和第二SMU每个都包括机架接地端子，所述第一和第二三轴电缆的所述相应的外屏蔽被电力地耦合到所述机架接地端子。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述DUT是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、或运算放大器、或三端分立器件。
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