CN109412685B - 一种半导体探测器芯片探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及芯片测试技术领域,提供了一种半导体芯片探测装置和探测方法。探测方法包括误码仪发出PRBS码型信号,送入可调制光源输入端,可调制光源发出带调制信号的光信号;控制光开关工作状态,选择将光信号送入光功率计以便实时读取光功率值的大小;或者选择将光信号送入光探针,与探测器芯片进行光耦合;通过光衰减器对可调制光源发出光信号的光功率大小进行衰减,并实时从误码仪上读取整个测试装置的误码率状态;得到整个测试装置的灵敏度值。本发明通过对阻抗匹配系统中输入及输出阻抗值的调整,以及可变增益放大器增益倍数的调整,得到系统最终输出灵敏度数值的对应性变化关系,从而得到优选的封装输入输出阻抗匹配参数。
Description
【技术领域】
本发明涉及芯片测试技术领域,特别是涉及一种半导体探测器芯片探测方法。
【背景技术】
光纤通信主要是通过激光器将电信号转换为光信号在光纤中传输,通过探测器将光信号转换为电信号而实现信号的长距离传输。随着现代超大数据信息的扩容,光通信需要越来越高的传输速率以加快数据的处理,因此,光通信需要高速率的探测器。
在高速光纤通信系统中,最为常见的传输信号编码是非归零码(Non-Return toZero,简写为:NRZ),误码仪的脉冲码型发生器产生大量的NRZ码排列成伪随机比特序列(Pseudo-Random Binary Sequence,简写为:PRBS),被光发送机加载到光上,经过一定距离传输后由光接收机转换回电信号,将该数字信号序列送回误码仪,并以时钟信号作为触发,使其与比特周期同步,从而来读取系统误码率。
通常,数字光纤通信系统中的光电子器件都是大信号状态,因此光电子器件的大信号测试的主要目的就是考察器件能否满足通信的需要,大信号测试主要有两方面的内容:眼图测试和误码率测试。对于接收芯片,也就是常用的半导体探测器而言,灵敏度测试的结果是直接衡量芯片性能的重要依据。
发明人发现,目前业界内的灵敏度测试,都是针对已经封装好的器件与模块,这不能从根本上反应出探测器芯片本征性能的优劣,针对某一应用的探测器芯片,不同厂家生产的探测器芯片的结电容及电阻是存在差异的,由于各个厂家的封装工艺水平的差异,同一款探测器芯片被不同厂家封装完成后的灵敏度测试结果也会不同,而这一块特性在现有技术中少有研究,对于其能够在生产过程中产生作用的研究也处于空缺期。
鉴于此,克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。
【发明内容】
本发明实施例要解决的技术问题是解决现有的探测器芯片测试过程中,需要完成光模块封装或者半封装形式,才能完成相应测试过程,并且测试结果不能真正反映探测器芯片的本征性能,在芯片级实现灵敏度测试。
本发明实施例进一步要解决的技术问题是在芯片级实现探测器芯片灵敏度测试,通过对阻抗匹配系统中输入及输出阻抗值的调整,以及可变增益放大器增益倍数的调整,得到系统最终输出灵敏度数值的对应性变化关系,从而得到探测器芯片的本征灵敏度特性,优选的封装输入输出阻抗匹配参数,优选的封装放大器增益范围选择。
本发明实施例采用如下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种半导体芯片探测装置,包括:误码仪、可调制光源、光衰减器、光开关、光功率计、阻抗匹配系统、可变增益放大器、探测器芯片、光探针和限幅放大电路及滤波电路;
所述误码仪的输出端连接所述可调制光源,所述可调制光源的输出端在连接所述光衰减器后串联到光开关;
所述光开关为三端口器件,包括一个光输入口,和两个光输出口,开启时只有一路输出可用;其中,光输入口连接光衰减器,一路光输出口连接光功率计,用于测量光功率的大小,另一路光输出口连接光探针;
所述光探针与探测器芯片的光敏面耦合,所述光探针的另一端连接所述光开关其中一路光输出口;
所述光开关的两路光输出端口分别连接所述光功率计和光探针;
所述探测器芯片的信号电极与阻抗匹配系统输入端连接;
所述阻抗匹配系统的输出端连接可变增益放大器的输入端;
所述可变增益放大器的输出端与限幅放大电路及滤波电路的输入端连接;
所述限幅放大电路及滤波电路的输出端连接所述误码仪的输入端。
优选的,连接各单元器件的为高速射频线缆,带宽为50GHz;其中可调制光源的带宽为32Gb/s;阻抗匹配系统带宽25GHz,可变增益放大器带宽40GHz,限幅放大电路及滤波电路的带宽为28GHz,误码仪支持32Gb/s速率。
优选的,所述可调制光源用于将误码仪给出的调制电信号,转化为带信号的调制光信号;
通过光衰减器衰减幅度的调整,控制进入探测器芯片的光信号的大小满足预设值;
通过对光开关工作状态的选择,选择读取实时光功率值或者将光信号送入探测器芯片。
优选的,所述阻抗匹配系统对整个测试环路的输入输出阻抗进行调整;
通过对可变增益放大器工作状态的调整,实现对探测器芯片输出信号的放大;
经过可变增益放大器的信号连接到限幅放大电路及滤波电路,限幅放大电路对该信号再进行放大及调整,通过滤波电路对该信号进行优化;
经过限幅放大电路和滤波电路后的电信号进入误码仪的输入端口;
所述阻抗匹配系统直接与探测器芯片的电极电器导通。
第二方面,本发明还提供了一种半导体芯片探测方法,使用如第一方面所述的半导体芯片探测装置,所述方法包括:
误码仪发出PRBS码型信号,所述PRBS码型信号经过线缆送入可调制光源输入端,可调制光源发出带调制信号的光信号;
控制光开关工作状态,选择将光信号送入光功率计以便实时读取光功率值的大小;或者选择将光信号送入光探针,与探测器芯片进行光耦合;
通过光衰减器对可调制光源发出光信号的光功率大小进行衰减,并实时从误码仪上读取整个测试装置的误码率状态;得到整个测试装置的灵敏度值。
优选的,阻抗匹配系统与探测器芯片的电极连接,将探测器的响应信号送入可变增益放大器,对信号进行放大;
经过放大后的信号通过限幅放大电路及滤波电路,对由探测器响应出来的电信号进行放大和过滤;
所述电信号经过可变增益放大器和限幅放大电路及滤波电路后,导入误码仪;通过不断衰减光功率值,直到系统开始出现误码,将光功率值调整到不出现误码状态的最小值上;通过光开关,选择将光信号送入光功率计,此时读取的光功率值的大小,即为系统灵敏度值。
优选的,获取探测器芯片本征特性,包括一个特征结电容值C0和一个特征电阻值R0;阻抗匹配系统输入端阻抗值为Cin和Rin,阻抗匹配系统输出端阻抗值为Cout和Rout;可变增益放大器增益为G;
其中,C0和R0已知;调整Cin和Rin值,使探测器芯片输出达到最大功率输出点,得到阻抗匹配系统输入端阻抗目标值Cin1和Rin1;
设定可变增益放大器增益为G0,调整Cout和Rout的大小,使阻抗匹配系统的输出达到最大功率输出点;对应得到阻抗匹配系统输出阻抗匹配目标值Cout1和Rout1。
优选的,光膜块性能指标要求达到下限灵敏度值S0;其中,所述光模块由所述探测器封装构成;
在整个测试装置的灵敏度值S1=S0时,得到一个可变增益放大器的最小增益值G1;一个可变增益放大器的最大增益值G2;其中,光模块中放大器增益范围设定为[G1,G2]。
优选的,对Cin、Rin、Cout、Rout和可变增益放大器增益G值调整,得到一个探测器芯片的最大灵敏度值Smax。
优选的,在后续对该款探测器芯片进行封装时,根据所述Cin1、Rin1、Cout1、Rout1和放大器增益为G0构建阻抗匹配方案。
本发明所阐述的测试装置实现了在芯片级完成对半导体探测器的灵敏度测试,通过对阻抗匹配系统中输入及输出阻抗值的调整,以及可变增益放大器增益倍数的调整,得到系统最终输出灵敏度数值的对应性变化关系,从而得到探测器芯片的最优灵敏度,优选的封装输入输出阻抗匹配参数,优选的封装放大器增益范围选择。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种半导体芯片探测装置结构示意图;
图2是本发明实施例提供的一种半导体芯片探测方法流程示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在本发明的描述中,术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作,因此不应当理解为对本发明的限制。
此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1:
本发明实施例1提供了一种半导体芯片探测装置,如图1所示,包括:误码仪、可调制光源、光衰减器、光开关、光功率计、阻抗匹配系统、可变增益放大器、探测器芯片、光探针和限幅放大电路及滤波电路;
所述误码仪的输出端连接所述可调制光源,所述可调制光源的输出端在连接所述光衰减器后串联到光开关;
所述光开关为三端口器件,包括一个光输入口,和两个光输出口,开启时只有一路输出可用;其中,光输入口连接光衰减器,一路光输出口连接光功率计,用于测量光功率的大小,另一路光输出口连接光探针;
所述光探针与探测器芯片的光敏面耦合,所述光探针的另一端连接所述光开关其中一路光输出口;
所述光开关的两路光输出端口分别连接所述光功率计和光探针;
所述探测器芯片的信号电极与阻抗匹配系统输入端连接;
所述阻抗匹配系统的输出端连接可变增益放大器的输入端;
所述可变增益放大器的输出端与限幅放大电路及滤波电路的输入端连接;
所述限幅放大电路及滤波电路的输出端连接所述误码仪的输入端。
本发明实施例所阐述的测试装置实现了在芯片级完成对半导体探测器的灵敏度测试,进一步的,还可以基于本发明实施例所提供的测试装置,通过对阻抗匹配系统中输入及输出阻抗值的调整,以及可变增益放大器增益倍数的调整,得到系统最终输出灵敏度数值的对应性变化关系,从而得到探测器芯片的最优灵敏度,优选的封装输入输出阻抗匹配参数,优选的封装放大器增益范围选择。
本发明实施例所提出的半导体芯片探测装置中,存在一套实际可行的性能配置参数,具体的,连接各单元器件的为高速射频线缆,带宽为50GHz;其中可调制光源的带宽为32Gb/s;阻抗匹配系统带宽25GHz,可变增益放大器带宽40GHz,限幅放大电路及滤波电路的带宽为28GHz,误码仪支持32Gb/s速率。
在本发明实施例中,所述可调制光源用于将误码仪给出的调制电信号,转化为带信号的调制光信号;
通过光衰减器衰减幅度的调整,控制进入探测器芯片的光信号的大小满足预设值;通过对光开关工作状态的选择,选择读取实时光功率值或者将光信号送入探测器芯片。
在本发明实施例中,所述阻抗匹配系统对整个测试环路的输入输出阻抗进行调整;
通过对可变增益放大器工作状态的调整,实现对探测器芯片输出信号的放大;
经过可变增益放大器的信号连接到限幅放大电路及滤波电路,限幅放大电路对该信号再进行放大及调整,通过滤波电路对该信号进行优化;
经过限幅放大电路和滤波电路后的电信号进入误码仪的输入端口;
所述阻抗匹配系统直接与探测器芯片的电极电器导通。
实施例2:
本发明除了提供如实施例1所述的测试装置外,还提供了一套测试方法,如图2所示,所述方法包括:
在步骤201中,误码仪发出PRBS码型信号,所述PRBS码型信号经过线缆送入可调制光源输入端,可调制光源发出带调制信号的光信号。
在步骤202中,控制光开关工作状态,选择将光信号送入光功率计以便实时读取光功率值的大小;或者选择将光信号送入光探针,与探测器芯片进行光耦合。
在具体操作中,通常会先控制光开关工作状态,选择将光信号送入光功率计,对光功率大小进行读取,从而为后续的可变增益放大器的增益值选定提供参考;然后,再控制光开关工作状态,选择将光信号送入光探针,可供实现本发明实施例的系统灵敏度值获取,以及实现本发明实施例后续的阻抗测试过程。
在步骤203中,通过光衰减器对可调制光源发出光信号的光功率大小进行衰减,并实时从误码仪上读取整个测试装置的误码率状态;得到整个测试装置的灵敏度值。其中,整个测试装置不出现误码的最小光功率值为系统灵敏度值
本发明实施例可以基于实施例1所提供的测试装置,通过对阻抗匹配系统中输入及输出阻抗值的调整,以及可变增益放大器增益倍数的调整,得到系统最终输出灵敏度数值的对应性变化关系,从而得到探测器芯片的最优灵敏度,优选的封装输入输出阻抗匹配参数,优选的封装放大器增益范围选择。
在本发明实施例具体测试过程中,阻抗匹配系统与探测器芯片的电极连接,将探测器的响应信号送入可变增益放大器,对信号进行放大;
经过放大后的信号通过限幅放大电路及滤波电路,对由探测器响应出来的电信号进行放大和过滤;
所述电信号经过可变增益放大器和限幅放大电路及滤波电路后,导入误码仪;通过不断衰减光功率值,直到系统开始出现误码,将光功率值调整到不出现误码状态的最小值上;通过光开关,选择将光信号送入光功率计,此时读取的光功率值的大小,即为系统灵敏度值。
本发明实施例之所以提出一种芯片级的灵敏度测试,更为突出的作用是通过调试获取一套可供后续光模块制作的阻抗参数,这是现有技术中不曾尝试或者实现的。在现有技术中,相应的阻抗设计通常是通过芯片的性能手册进行的,而该方式存在诸多的不确定性,尤其是在特定架构场景下和/或特定的工作状态下,性能手册中的参考值不一定严格有效。在此现有技术问题技术上,基于本发明实施例1所提出的测试装置,还提出了一种可以本发明实施例2测试方法的优选方案,用于解决上述现有技术问题。具体的,获取探测器芯片本征特性,包括一个特征结电容值C0和一个特征电阻值R0;阻抗匹配系统输入端阻抗值为Cin和Rin,阻抗匹配系统输出端阻抗值为Cout和Rout;可变增益放大器增益为G;
其中,C0和R0已知;调整Cin和Rin值,使探测器芯片输出达到最大功率输出点,得到阻抗匹配系统输入端阻抗目标值Cin1和Rin1;其中,所述阻抗匹配系统输入端阻抗目标值Cin1和Rin1用于作为探测器芯片与放大器TIA之间的外围电路的阻抗设计,所述外围电路包括探测器芯片与放大器TIA之间的线路、电阻、电容等等。
设定可变增益放大器增益为G0,调整Cout和Rout的大小,使阻抗匹配系统的输出达到最大功率输出点;对应得到阻抗匹配系统输出阻抗匹配目标值Cout1和Rout1。其中,所述阻抗匹配系统输出阻抗匹配目标值Cout1和Rout1作为放大器TIA自身的阻抗设计参考值。其中,G0的设定根据探测器芯片目标输出信号大小决定,例如:参考光模块中所需探测器芯片经由放大器后输出信号强度要求所定。
结合本发明实施例所提出的测试方案,优选的还提供了根据探测器未来封装成的光模块的下限灵敏度S0,测试得到光模块中放大器TIA的增益范围设定的参考范围的解决方案。具体的,可以预先获取未来封装所述探测器所得到光膜块相关性能指标,其中,性能指标包括要求达到下限灵敏度值S0;其中,所述光模块由实施例1中所述探测器封装构成;
在整个测试装置的灵敏度值S1=S0时,得到一个可变增益放大器的最小增益值G1;一个可变增益放大器的最大增益值G2;其中,实际制作光模块过程中,实体的放大器TIA的增益范围,优选的事设定为[G1,G2]范围内。
通过本发明所提出的方案,还可以对Cin、Rin、Cout、Rout和可变增益放大器增益G值调整,得到一个探测器芯片的最大灵敏度值Smax。从而提供了从灵敏度维度出发,若要根据所述探测器芯片设计灵敏度最优的光模块,便可参考上述调整得到最大灵敏度值Smax的一套Cin、Rin、Cout、Rout和可变增益放大器增益G,来制作光模块的阻抗配置和放大器增益大小。
本发明所阐述的测试装置实现了在芯片级完成对半导体探测器的灵敏度测试,通过对阻抗匹配系统中输入及输出阻抗值的调整,以及可变增益放大器增益倍数的调整,得到系统最终输出灵敏度数值的对应性变化关系,从而得到探测器芯片的最优灵敏度,优选的封装输入输出阻抗匹配参数,优选的封装放大器增益范围选择。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种半导体探测器芯片探测方法,其特征在于,使用的半导体芯片探测装置包括:误码仪、可调制光源、光衰减器、光开关、光功率计、阻抗匹配系统、可变增益放大器、探测器芯片、光探针和限幅放大电路及滤波电路;所述误码仪的输出端连接所述可调制光源,所述可调制光源的输出端在连接所述光衰减器后串联到光开关;所述光开关为三端口器件,包括一个光输入口,和两个光输出口,开启时只有一路输出可用;其中,光输入口连接光衰减器,一路光输出口连接光功率计,用于测量光功率的大小,另一路光输出口连接光探针;所述光探针与探测器芯片的光敏面耦合,所述光探针的另一端连接所述光开关其中一路光输出口;所述光开关的两路光输出端口分别连接所述光功率计和光探针;所述探测器芯片的信号电极与阻抗匹配系统输入端连接;所述阻抗匹配系统的输出端连接可变增益放大器的输入端;所述可变增益放大器的输出端与限幅放大电路及滤波电路的输入端连接;所述限幅放大电路及滤波电路的输出端连接所述误码仪的输入端,所述方法包括:
误码仪发出PRBS码型信号,所述PRBS码型信号经过线缆送入可调制光源输入端,可调制光源发出带调制信号的光信号;
控制光开关工作状态,选择将光信号送入光功率计以便实时读取光功率值的大小;或者选择将光信号送入光探针,与探测器芯片进行光耦合;
通过光衰减器对可调制光源发出光信号的光功率大小进行衰减,并实时从误码仪上读取整个测试装置的误码率状态;得到整个测试装置的灵敏度值;
获取探测器芯片本征特性,包括一个特征结电容值C0和一个特征电阻值R0;阻抗匹配系统输入端阻抗值为Cin和Rin,阻抗匹配系统输出端阻抗值为Cout和Rout;可变增益放大器增益为G;
其中,C0和R0已知;调整Cin和Rin值,使探测器芯片输出达到最大功率输出点,得到阻抗匹配系统输入端阻抗目标值Cin1和Rin1;
设定可变增益放大器增益为G0,调整Cout和Rout的大小,使阻抗匹配系统的输出达到最大功率输出点;对应得到阻抗匹配系统输出阻抗匹配目标值Cout1和Rout1。
2.根据权利要求1所述的半导体探测器芯片探测方法,其特征在于,
阻抗匹配系统与探测器芯片的电极连接,将探测器芯片的响应信号送入可变增益放大器,对信号进行放大;
经过放大后的信号通过限幅放大电路及滤波电路,对由探测器芯片响应出来的电信号进行放大和过滤;
所述电信号经过可变增益放大器和限幅放大电路及滤波电路后,导入误码仪;通过不断衰减光功率值,直到系统开始出现误码,将光功率值调整到不出现误码状态的最小值上;通过光开关,选择将光信号送入光功率计,此时读取的光功率值的大小,即为系统灵敏度值。
3.根据权利要求1所述的半导体探测器芯片探测方法,其特征在于,光模块性能指标要求达到下限灵敏度值S0;其中,所述光模块由所述探测器芯片封装构成;
在整个测试装置的灵敏度值S1=S0时,得到一个可变增益放大器的最小增益值G1;一个可变增益放大器的最大增益值G2;其中,光模块中放大器增益范围设定为[G1,G2]。
4.根据权利要求1所述的半导体探测器芯片探测方法,其特征在于,对Cin、Rin、Cout、Rout和可变增益放大器增益G值调整,得到一个探测器芯片的最大灵敏度值Smax。
5.根据权利要求1所述的半导体探测器芯片探测方法,其特征在于,在后续对该款探测器芯片进行封装时,根据所述Cin1、Rin1、Cout1、Rout1和放大器增益为G0构建阻抗匹配方案。
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