CN106557596A - 一种晶体管仿真系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶体管仿真系统及方法，该晶体管仿真系统包括：晶体管测量装置，用于对待测晶体管进行网络测量，输出工作参数；晶体管仿真装置，用于利用工作参数进行晶体管仿真设计。通过本发明的实施，在使用时，利用晶体管测量装置对待测晶体管的工作参数进行网络测量，这就可以得到该晶体管在实际应用时的工作参数，进而利用该工作参数进行仿真设计，其仿真结果就是该晶体管正常工作时的使用效果，与现有晶体管仿真设计需借用器件厂家提供的晶体管模型参数存在较大的仿真误差的应用相比，最大程度的降低了由于晶体管模型参数与实际工作参数之间误差导致的仿真误差。

Description

一种晶体管仿真系统及方法

技术领域

本发明涉及晶体管仿真领域，尤其涉及一种晶体管仿真系统及方法。

背景技术

面对目前日益激烈的市场竞争，基站产品的性能高低是业内竞争的主要焦点，功率放大单元电路开发技术水平的提高，对于提高产品的业内竞争力是至关重要的。在功率放大单元电路开发中，晶体管是电路上的核心器件，通过在电路板的投板前期，精确进行晶体管仿真设计、从而设计出对应的匹配电路，可以检验模块电路的设计是否满足应用要求，这决定着电路板的开发效率和性能指标的竞争力，也可以提高模块电路的设计水平。

但是，在现有技术中，由于用户不能获取实体晶体管器件的工作参数，晶体管仿真设计需借用器件厂家提供的晶体管模型参数，在实际生产中，由于设计、制造工艺等外界不可控因素，比如导致晶体管模型参数的各参数和实体晶体管器件的各工作参数之间存在差异，进而晶体管仿真设计的外围电路存在较大的仿真误差。

因此，如何提供一种可解决使用晶体管模型参数导致仿真误差的待测晶体管仿真系统，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种晶体管仿真系统及方法，以解决现有仿真设计使用晶体管模型参数导致仿真误差的问题。

本发明提供了一种晶体管仿真系统，其包括：晶体管测量装置，用于对待测晶体管进行网络测量，输出工作参数；晶体管仿真装置，用于利用工作参数进行晶体管仿真设计。

进一步的，晶体管测量装置包括：至少一个晶体管测试座，用于安装固定晶体管；网络分析仪，用于提供网络分析功能；测量模块，与晶体管测试座连接，还与网络分析仪连接，用于利用网络分析仪对待测晶体管进行网络测量。

进一步的，晶体管测试座包括接地结构及射频微带线；接地结构用于实现待测晶体管接地，射频微带线用于与待测晶体管的输入输出端连接，形成测量电路。

进一步的，晶体管测试座包括第一屏蔽腔体，用于屏蔽外部信号对待测晶体管的干扰。

进一步的，测量模块包括至少一个接口组件，接口组件包括阻抗变换电路板及其对应的金属底座，阻抗变换电路板用于将待测晶体管的输出阻抗变换为基准阻抗，金属底座用于实现阻抗变换电路板接地。

进一步的，测量模块还包括偏置供电电路，用于电连接阻抗变换电路板与外部供电电源。

进一步的，测量模块包括第二屏蔽腔体，用于屏蔽外部信号对阻抗变换电路板的干扰。

进一步的，晶体管测量装置还包括至少一个网络校准组件，采用不同的网络校准组件，对不同规格的晶体管测量装置的测量误差进行校准。

本发明提供了一种晶体管仿真方法，其包括：晶体管测量装置对待测晶体管进行网络测量，输出工作参数；晶体管仿真装置利用工作参数进行晶体管仿真设计。

进一步的，晶体管测量装置还包括至少一个网络校准组件，晶体管仿真方法还包括：采用不同的网络校准组件，对不同规格的晶体管测量装置的测量误差进行校准。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种待测晶体管仿真系统及方法，该仿真系统设置有晶体管测量装置及仿真装置，在使用时，利用晶体管测量装置对待测晶体管的工作参数进行网络测量，这就可以得到该晶体管在实际应用时的工作参数，进而利用该工作参数进行仿真设计，其仿真结果就是该晶体管正常工作时的使用效果，与现有晶体管仿真设计需借用器件厂家提供的晶体管模型参数存在较大的仿真误差的应用相比，最大程度的降低了由于晶体管模型参数与实际工作参数之间误差导致的仿真误差，提高了电路板的开发效率和性能指标的竞争力。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的晶体管仿真系统的结构示意图；

图2为本发明第二实施例提供的晶体管测量装置的结构示意图；

图3为本发明第三实施例提供的晶体管仿真方法的流程图；

图4为本发明第四实施例提供的晶体管测量装置使用方法的流程图。

具体实施方式

现通过具体实施方式结合附图的方式对本发明做出进一步的诠释说明。

第一实施例：

图1为本发明第一实施例提供的晶体管仿真系统的结构示意图，由图1可知，在本实施例中，本发明提供的晶体管仿真系统1包括：

晶体管测量装置11，用于对待测晶体管进行网络测量，输出工作参数至晶体管仿真装置12；

晶体管仿真装置12，用于利用工作参数进行晶体管仿真设计。

第二实施例：

图2为本发明第二实施例提供的晶体管测量装置的结构示意图，由图1可知，在本实施例中，本发明提供的晶体管测量装置11包括：

晶体管测试座111，用于安装固定待测晶体管；

网络分析仪112，用于提供网络分析功能；

测量模块113，与晶体管测试座111连接，还与网络分析仪112连接，用于利用网络分析仪112对待测晶体管进行网络测量。

在一些实施例中，上述实施例中的晶体管测试座111包括接地结构及射频微带线；接地结构用于实现待测晶体管接地，射频微带线用于与待测晶体管的输入输出端连接，形成测量电路。

在一些实施例中，上述实施例中的晶体管测试座111在射频微带线的连接处设置有第一金属簧片，射频微带线利用第一金属簧片与待测晶体管的输入输出端电连接。

在一些实施例中，上述实施例中的晶体管测试座111包括第一屏蔽腔体，用于屏蔽外部信号对待测晶体管的干扰。

在一些实施例中，上述实施例中的晶体管测试座111还包括固定螺钉，固定螺钉用于将待测晶体管的翅膀固定在射频微带线上。

在一些实施例中，上述实施例中的固定螺钉的材料包括：聚乙烯PE塑料凳绝缘材料。

在一些实施例中，上述实施例中的测量模块113包括至少一个接口组件，接口组件包括阻抗变换电路板及其对应的金属底座，阻抗变换电路板用于将待测晶体管的输出阻抗变换为基准阻抗，金属底座用于实现阻抗变换电路板接地。

在一些实施例中，上述实施例中的阻抗变换电路板设置有第二金属簧片，通过第二金属簧片与待测晶体管连接。

在一些实施例中，上述实施例中的测量模块113还包括偏置供电电路，用于电连接阻抗变换电路板与外部供电电源。

在一些实施例中，上述实施例中的测量模块113包括输入接口及输出接口，通过输入接口及输出接口连接网络分析仪112。

在一些实施例中，上述实施例中的测量模块113包括第二屏蔽腔体，用于屏蔽外部信号对阻抗变换电路板的干扰。

在一些实施例中，上述实施例中的晶体管测量装置11还包括至少一个网络校准组件，采用不同的网络校准组件，对不同规格的晶体管测量装置11内的晶体管测试座及测量模块的测量误差进行校准。

在一些实施例中，上述实施例中的晶体管测量装置11包括多个晶体管测试座111，不同尺寸规格的待测晶体管对应不同的晶体管测试座111。

第三实施例：

图3为本发明第三实施例提供的晶体管仿真方法的流程图，由图3可知，在本实施例中，本发明提供的晶体管仿真方法包括以下步骤：

S301：晶体管测量装置对待测晶体管进行网络测量，输出工作参数；

S302：晶体管仿真装置利用工作参数进行晶体管仿真设计。

在一些实施例中，上述实施例中的晶体管测量装置还包括至少一个网络校准组件，晶体管仿真方法还包括：采用不同的网络校准组件，对不同规格的晶体管测量装置的测量误差进行校准。

在实际使用中，晶体管测量装置的使用方法包括：根据待测晶体管选择晶体管测试座，并安装；将晶体管测试座与测量模块连接；利用网络分析仪对待测晶体管进行网络测量。

在一些实施例中，当测量模块包括至少一个接口组件时，上述实施例中的方法还包括：根据待测晶体管选择对应规格的阻抗变换电路板。

在一些实施例中，当晶体管测量装置包括网络校准组件时，上述实施例中的方法还包括：根据不同规格的晶体管测试座及测量装置，选择对应的网络校准组件，利用网络校准组件进行测量误差的校准。

现结合具体应用场景对本发明中的晶体管测量装置做进一步的诠释说明。

第四实施例：

在本实施例中，本发明提供的晶体管测量装置主要包括：晶体管测试座、测试装置(接口组件、输入接口、输出接口几部分)及网络分析仪。具体的，

晶体管测试座的作用是将待测晶体管安装在其上，保证待测晶体管底部接地良好的同时、还需保证待测晶体管的两侧翅膀(输入端及输出端)和测试座上的微带线连接良好，将印制电路板安装在连接结构上来实现待测晶体管的测量。

晶体管测试座由如下几部分组成：晶体管底部接地结构；为了确保待测晶体管的翅膀和射频微带线连接紧密、确保连接端口的稳定性；在待测晶体管和射频微带线的连接处设计了特殊结构的金属簧片。

接口组件由阻抗变换电路板及其对应的金属底座组成。待测晶体管的输出阻抗呈低阻，由于现有的测量设备都是针对50欧姆系统进行测量，所以需设计对应的阻抗变换电路板，其作用是将测试端口转换到50欧姆。阻抗变换电路板下需要设计对应的金属底座，其作用是保证阻抗变换电路板接地良好的同时，使阻抗变化电路板的地与晶体测试座的地连续。阻抗变换电路板的低阻抗一侧，设计特殊结构的金属簧片，以确保阻抗变换电路板和待测晶体管测试电路紧密连接。

待测晶体管是有源器件，所以上述接口组件内，设计了对应的偏置供电电路，其作用是将印制电路板和测量结构腔体外的外部电源连通。

本发明的晶体管测量装置，在被测待测晶体管翅膀上方、阻抗变换电路板与外部电路连接簧片的上方，设计PTFE螺钉，它的作用是可以将待测晶体管翅膀、金属簧片紧压在被测电路的网络端口上，从而实现微带线间的电流连续性。

本发明的晶体管测量装置，在晶体管测试座、阻抗变换电路板的上方，分别设计对应的金属腔体结构，其作用是确保被测量电路的空间稳定性、尽量减小外界干扰。安装时必须确保腔体结构和金属底座连接良好，确保地的连续性。

本发明的晶体管测量装置可应用在0GHz～6GHz的待测晶体管测量中。针对不同封装的待测晶体管和不同的阻抗变换电路，设计了对应的网络校准组件。利用网络校准组件，通过TRL校准方法，将晶体管测试座、接口组件、输入接口、输出接口带来的测量偏差进行校准。校准完成后，可通过校准后的测量系统准确的量到待测晶体管引脚的参数特性。

本实施例采用新型的结构，在对测试网络连接端口的稳定性、测试网络连接端口的可重复使用性、PTFE螺钉材料对于网络测试带来的误差、网络校准理论与方法进行充分分析后，兼顾多种封装的待测晶体管，设计出通用的待测晶体管测量结构，具有可快速载入被测电路的互连结构、测试稳定性高的优点。

采用本实施例提供的晶体管测量装置，在实现多种封装待测晶体管测量功能的同时，具有可快速载入被测电路的互连结构、重复利用性强的优点。本实施例提供的晶体管测量装置，通过CST、ADS软件的建模仿真和实测表明，测试座网络本身的稳定性高，表明由于网络自身不稳定产生的测试误差很低。本发明的可重复利用性高，并且本测试座自身网络校准引入的校准误差小。该晶体管测量装置，通过支架上方的PTFE螺钉将待测晶体管的翅膀、电路连接处的金属簧片紧压在被测电路的网络端口上，实现了被测电路间的电流连续性。通过大量的实验得到PTFE螺钉使用PE材料的波散射几乎可忽略，这些稳定的散射特性是可以通过网络校准去除掉的，从而提高被测微带网络的测试精度。并通过金属簧片的连接作用，使待测晶体管测试电路和阻抗变换电路具有端口的电流一致性。针对有源器件，设计了对应的偏置电路，实现待测晶体管的稳定外部供电。在晶体管测试座、阻抗变换电路板的上方，分别设计对应的金属腔体结构，确保被测量电路的空间稳定性、尽量减小外界干扰。

本发明的晶体管测量装置，适用于0GHz～6GHz频段内、多种封装待测晶体管的散射参数(S参数)的测量，如图4所示，其使用方法包括以下步骤：

S401：选择构件，完成线路连接。

根据待测晶体管的封装和端口阻抗，选择合适的晶体管测试座和渐变线阻抗变换电路。

将输入接口、输出接口连接到矢量网络分析仪。定义校准网络参数，设置网络分析仪。

S402：进行系统校准。

针对不同封装的待测晶体管和不同的阻抗变换电路，设计了对应的TRL网络校准组件。依次分别利用网络校准组件与测量系统对接，通过TRL校准方法，将散射参数(S参数)的测量系统误差(包括网络分析仪、晶体管测试座、输入接口、输出接口带来的测量偏差)进行校准。校准完成后，可通过校准后的测量系统准确的量到待测晶体管封装断面的S参数数据。

S403：安装待测晶体管，进行工作参数测试。

本步骤包括以下子步骤：

将待测晶体管安装于晶体管测试座上，不需焊接。

将晶体管测试座与测量模块对接。

安装晶体管测试座、阻抗变换电路，检查连接处的金属簧片是否连接正确。

将晶体管测试座、阻抗变换电路对应的金属腔体安装正确，通过PTFE螺钉将电路连接处的金属簧片紧压在被测电路的网络端口上，使被测电路的网络端口与左、右底板上的微带网络端口接触良好。

通过PTFE螺钉将待测晶体管的翅膀压紧在被测电路的网络端口上。

偏置电路连接外部电源，检查待测晶体管的供电正常，调整栅压至额定静态电流。

开始网络测量。

综上可知，通过本发明的实施，至少存在以下有益效果：

本发明提供了一种待测晶体管仿真系统及方法，该仿真系统设置有晶体管测量装置及仿真装置，在使用时，利用晶体管测量装置对待测晶体管的工作参数进行网络测量，这就可以得到该晶体管在实际应用时的工作参数，进而利用该工作参数进行仿真设计，其仿真结果就是该晶体管正常工作时的使用效果，与现有晶体管仿真设计需借用器件厂家提供的晶体管模型参数存在较大的仿真误差的应用相比，最大程度的降低了由于晶体管模型参数与实际工作参数之间误差导致的仿真误差，提高了电路板的开发效率和性能指标的竞争力；

进一步的，晶体管测量装置采用网络分析仪实现了待测晶体管的网络测量功能，这样用户就可以获取更准确的工作参数，避免了由于模型参数与实体器件参数之间的差异导致后续仿真效果较差现象的出现；

进一步的，晶体管测量装置具有快速载入多种待测晶体管网络的晶体管测试座，适用于多种待测晶体管的测量，为功率放大单元电路的开发提供一个测量精度高、快速载入的测量工具。

以上仅是本发明的具体实施方式而已，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任意简单修改、等同变化、结合或修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶体管仿真系统，其特征在于，包括：

晶体管测量装置，用于对待测晶体管进行网络测量，输出工作参数；

晶体管仿真装置，用于利用所述工作参数进行晶体管仿真设计。

2.如权利要求1所述的晶体管仿真系统，其特征在于，所述晶体管测量装置包括：至少一个晶体管测试座，用于安装固定待测晶体管；网络分析仪，用于提供网络分析功能；测量模块，与所述晶体管测试座连接，还与所述网络分析仪连接，用于利用所述网络分析仪对所述待测晶体管进行网络测量。

3.如权利要求2所述的晶体管仿真系统，其特征在于，所述晶体管测试座包括接地结构及射频微带线；所述接地结构用于实现所述待测晶体管接地，所述射频微带线用于与所述待测晶体管的输入输出端连接，形成测量电路。

4.如权利要求3所述的晶体管仿真系统，其特征在于，所述晶体管测试座包括第一屏蔽腔体，用于屏蔽外部信号对所述待测晶体管的干扰。

5.如权利要求2所述的晶体管仿真系统，其特征在于，所述测量模块包括至少一个接口组件，所述接口组件包括阻抗变换电路板及其对应的金属底座，所述阻抗变换电路板用于将所述待测晶体管的输出阻抗变换为基准阻抗，所述金属底座用于实现所述阻抗变换电路板接地。

6.如权利要求5所述的晶体管仿真系统，其特征在于，所述测量模块还包括偏置供电电路，用于电连接所述阻抗变换电路板与外部供电电源。

7.如权利要求5所述的晶体管仿真系统，其特征在于，所述测量模块包括第二屏蔽腔体，用于屏蔽外部信号对所述阻抗变换电路板的干扰。

8.如权利要求1至7任一项所述的晶体管仿真系统，其特征在于，所述晶体管测量装置还包括至少一个网络校准组件，采用不同的网络校准组件，对不同规格的晶体管测量装置的测量误差进行校准。

9.一种晶体管仿真方法，其特征在于，包括：

晶体管测量装置对待测晶体管进行网络测量，输出工作参数；

晶体管仿真装置利用所述工作参数进行晶体管仿真设计。

10.如权利要求9所述的晶体管仿真方法，其特征在于，所述晶体管测量装置还包括至少一个网络校准组件，所述晶体管仿真方法还包括：采用不同的网络校准组件，对不同规格的晶体管测量装置的测量误差进行校准。