CN116794351A - 在片夹具去嵌入的测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种在片夹具去嵌入的测试方法，包括：提供一去嵌入的测试结构，去嵌入的测试结构包括相互独立的整体结构、第一传输线结构和第二传输线结构；其中，整体结构包括待测器件，第二传输线结构的长度为第一传输线结构的长度的二倍；分别测试整体结构、第一传输线结构和第二传输线结构，得到整体结构的散射参数、第一散射参数和第二散射参数；进行矩阵运算，得到待去嵌的寄生参数；根据整体结构的散射参数、寄生参数进行去嵌运算，得到待测器件的本征散射参数。本公开利用两条长度为二倍关系的传输线得到理想的直通结构，避免了高频条件下测试较短直通结构时带来的串扰问题，能够得到更加准确的去嵌结果。

Description

在片夹具去嵌入的测试方法及装置

技术领域

本公开涉及芯片测试技术领域，具体涉及一种在片夹具去嵌入的测试方法及装置。

背景技术

随着微波器件的应用越来越广泛，对测量精度的要求也逐渐提高，特别是S参数的测量，矢量网络分析仪(VNA)通常用于射频或微波频段器件的测量，是微波领域最重要最基本的测量工具，不仅可以测量器件的传输和反射特性，还可以测量器件的隔离度等，此外，对于器件的插入损耗、增益、回波损耗和反射系数也能够进行测量，因此被称为是射频微波领域界的万用表。在射频微波测试系统中，从矢量网络分析仪端口到被测器件(DUT)之间会有测试误差，包括失配、泄漏等引入测试不确定性，需要在测试前采用校准技术消去该误差，校准过后测试参考面会位于同轴端口。

当应用矢量网络分析仪进行在片测试小尺寸微波器件时需要用微波探针，在单独的微波器件或结构测试过程中，微波探针不能直接接触被测器件，需要在被测件周围加上测试焊盘以便于测试，这就意味着会不可避免的引入一系列寄生效应，包括探针、焊盘和互连线结构本身具有电感、电容和电阻等特征，而且随着测试频率的升高，寄生效应也越来越显著，要想得到待测件的准确参数，就必须进行去嵌入计算以消除转接头、焊盘及传输线带来的影响，将测试参考面移动至器件两端。

典型的去嵌入方法是将测试焊盘和互连线的寄生效应进行集总等效，通过测试开路(open)、短路(short)、匹配负载(load)等校准件，计算各等效寄生元件参数值从而完成去嵌。这些方法都是基于集总式等效模型，将探针、焊盘与传输线所产生的寄生效应等效为电阻、电感及电容，然而这种等效存在以下不足之处。第一，集总等效不可能表征所有的寄生效应，随着频率升高，集总等效模型将不再适用；第二，无论采用开路结构或短路结构都会产生额外的终端效应，这在实际测试结构中是不存在的，在高频条件下会导致过度去嵌。

新型的去嵌入方法只需要一个直通结构即可去除待测器件在片测试的相关寄生参数的测试方法，对直通结构的长度要求非常严格。如果直通结构长度过长，会导致寄生参数二端口网络模型不适用，而如果直通结构长度过短，或当待测器件尺寸较小时，在高频条件下会导致测试探针和待测器件之间距离过近产生串扰，造成去嵌入结果不准确。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述问题，本公开提供了一种在片夹具去嵌入的测试方法及装置，用于至少部分解决传统测试方法中存在串扰、嵌入结果不准确等技术问题。

(二)技术方案

本公开一方面提供了一种在片夹具去嵌入的测试方法，包括：S1，提供一去嵌入的测试结构，去嵌入的测试结构包括相互独立的整体结构、第一传输线结构和第二传输线结构；其中，整体结构包括待测器件，第二传输线结构的长度为第一传输线结构的长度的二倍；S2，分别测试整体结构、第一传输线结构和第二传输线结构，得到整体结构的散射参数、第一散射参数和第二散射参数；S3，将整体结构的散射参数、第一散射参数和第二散射参数进行矩阵运算，得到待去嵌的寄生参数；S4，根据整体结构的散射参数、寄生参数进行去嵌运算，得到待测器件的本征散射参数。

进一步地，S2包括：在矢量网络分析仪产生特定频率的测试信号的条件下，分别测量得到整体结构的散射参数、第一散射参数和第二散射参数；转换得到整体结构的散射参数矩阵、第一散射参数矩阵和第二散射参数矩阵；转化得到整体结构的传输矩阵、第一传输矩阵和第二传输矩阵。

进一步地，S3包括：根据整体结构、第一传输线结构和第二传输线结构建立相应的寄生参数二端口网络；将第一传输矩阵和第二传输矩阵进行矩阵乘法运算，得到寄生参数二端口网络的传输矩阵；将寄生参数二端口网络的传输矩阵转化为寄生参数二端口网络的导纳矩阵；根据寄生参数二端口网络的导纳矩阵中的导纳矩阵元素，得到待去嵌的寄生参数。

进一步地，S4包括：根据待去嵌的寄生参数计算得到左端、右端寄生参数二端口网络的导纳矩阵；将左端、右端寄生参数二端口网络的导纳矩阵转化为左端、右端寄生参数二端口网络的传输矩阵；根据左端、右端寄生参数二端口网络的传输矩阵和第一传输矩阵计算得到第一传输线结构去嵌后的传输矩阵；根据左端、右端寄生参数二端口网络的传输矩阵，第一传输线结构去嵌后的传输矩阵以及整体结构的传输矩阵计算得到待测器件的本征传输矩阵参数；将本征传输矩阵参数进行转化得到本征散射参数。

进一步地，S1中整体结构还包括地-信号-地形式的焊盘和传输线；第一传输线结构和第二传输线结构分别包括地-信号-地形式的第一焊盘、第一传输线和第二焊盘、第二传输线。

进一步地，焊盘与第一焊盘、第二焊盘的尺寸大小相同。

进一步地，第一传输线的长度等于整体结构中连接焊盘与待测器件的传输线的长度。

进一步地，待测器件包括滤波器、功分器、阻抗变换器中的一种。

本公开另一方面提供了一种在片夹具去嵌入的测试装置，包括：去嵌入的测试结构，去嵌入的测试结构包括相互独立的整体结构、第一传输线结构和第二传输线结构；其中，整体结构包括待测器件，第二传输线结构的长度为第一传输线结构的长度的二倍；矢量网络分析仪，用于分别测试整体结构、第一传输线结构和第二传输线结构，得到整体结构的散射参数、第一散射参数和第二散射参数；计算模块，用于将整体结构的散射参数、第一散射参数和第二散射参数进行矩阵运算，得到待去嵌的寄生参数；并根据整体结构的散射参数、寄生参数进行去嵌运算，得到待测器件的本征散射参数。

进一步地，整体结构还包括地-信号-地形式的焊盘和传输线；第一传输线结构和第二传输线结构分别包括地-信号-地形式的第一焊盘、第一传输线和第二焊盘、第二传输线。

(三)有益效果

本公开的在片夹具去嵌入的测试方法及装置，通过采用两条长度为二倍关系的传输线结构作为校准件，利用矩阵运算得到需要去嵌的寄生参数二端口网络，并单独提取焊盘与待测器件之间的传输线的特征参数，降低了现有去嵌技术对校准件长度的要求，提高了去嵌准确性，进而提高了S参数的测试准确度。

附图说明

图1示意性示出了根据本公开实施例中在片夹具去嵌入的测试方法的流程示意图；

图2示意性示出了根据本公开实施例中寄生参数等效模型图；

图3示意性示出了根据本公开实施例中测试结构图；

图4示意性示出了根据本公开实施例中去嵌入测试方法去嵌之后的测试结果与软件仿真数据的对比结果图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

本公开的实施例提供了一种在片夹具去嵌入的测试方法，请参见图1，包括：S1，提供一去嵌入的测试结构，去嵌入的测试结构包括相互独立的整体结构、第一传输线结构和第二传输线结构；其中，整体结构包括待测器件，第二传输线结构的长度为第一传输线结构的长度的二倍；S2，分别测试整体结构、第一传输线结构和第二传输线结构，得到整体结构的散射参数、第一散射参数和第二散射参数；S3，将整体结构的散射参数、第一散射参数和第二散射参数进行矩阵运算，得到待去嵌的寄生参数；S4，根据整体结构的散射参数、寄生参数进行去嵌运算，得到待测器件的本征散射参数。

整体结构包括待测器件、焊盘和传输线，在测试过程中，将焊盘与待测器件、焊盘与地之间的寄生效应包括在L型网络中加以描述，如图2所示，Z表征焊盘与传输线之间的寄生效应，Y表征传输线与GND之间的寄生效应，Line表示连接焊盘与待测器件的传输线。传统去嵌入方法把Line等效到Z参数里面，而实际Line是存在的，该方法在高频条件下测试结果是不准确的；本公开的去嵌入的测试方法及装置既可以提取Z和Y，还对Line进行单独提取，从而提高了准确性。

第一传输线结构和第二传输线结构为在整体结构的基础上去除了待测器件，如图3所示，第一传输线结构的长度为连接焊盘之间的传输线的长度，不包括焊盘的长度，第二传输线结构的长度为第一传输线结构的长度的二倍。

分别测试上述整体结构和两条传输线结构，得到整体结构和两条长度为二倍关系的传输线结构的散射参数值；再根据测得的整体结构和两条传输线结构的散射参数值进行去嵌计算，得到待测器件本身的散射参数值。本公开采用两条长度为二倍关系的传输线结构作为校准件进行去嵌计算，在去嵌运算过程中，可以利用该两倍关系获得L型网络寄生参数，并单独提取焊盘与待测器件之间的传输线的特征参数，降低了现有去嵌技术对校准件长度的要求，提高了去嵌结果的准确性。

具体地，去嵌入方法包括如下步骤：

针对测试结构所需要去嵌的寄生参数，建立与待测器件及传输线结构相符的所需要去嵌的寄生参数二端口网络；将所需要去嵌的寄生参数二端口网络的导纳矩阵Y₁、Y₂的四个元素Y₁₁、Y₁₂、Y2₁、Y2₂以及模型参数y、z作为未知数，其中如下式所示Y₁₁、Y₁₂、Y₂₁、Y2₂作为四个元素构成了寄生参数二端口网络的导纳矩阵Y₁、Y₂；

步骤1：分别测试得到整体结构、第一传输线结构和第二传输线结构的散射参数矩阵；

步骤2：分别将整体结构、第一传输线结构和第二传输线结构的散射参数矩阵转化为整体结构、第一传输线结构和第二传输线结构的传输矩阵；

步骤3：将第一传输线结构的传输矩阵、第二传输线结构的传输矩阵的逆矩阵、第一传输线结构的传输矩阵按序进行矩阵乘法运算，得到所需要去嵌的寄生参数二端口网络的传输矩阵，计算公式如下：

其中，T_thru为所需要去嵌的寄生参数二端口网络的传输矩阵，T₁为左端寄生参数二端口网络的传输矩阵，T₂为右端寄生参数二端口网络的传输矩阵，N_L1为第一传输线结构去嵌后的传输矩阵，L₁、L₂分别为第一传输线结构和第二传输线结构的长度(L₂＝2L₁)，T_L1、T_L2为分别为第一传输线结构和第二传输线结构的传输矩阵；

步骤4：将所需要去嵌的寄生参数二端口网络的传输矩阵转化为导纳参数矩阵Y_thru，其中如下式所示Y_thru11、Y_thru12、Y_thru21、Y_thru22构成了所需要去嵌的寄生参数二端口网络的导纳矩阵Y_thru；

其中，Y_thru11、Y_thru12、Y_thru21、Y_thru22为所需要去嵌的寄生参数二端口网络的导纳矩阵元素；

利用所需要去嵌的寄生参数二端口网络的导纳矩阵元素计算得出所需要去嵌的寄生参数y、z，计算公式如下：

y＝Y_thru11+Y_thru21；

步骤5：利用步骤4得到的所需要去嵌的寄生参数y、z，计算得出左端寄生参数二端口网络的导纳矩阵和右端寄生参数二端口网络的导纳矩阵Y₁、Y₂，计算公式为：

其中，y、z为所需要去嵌的寄生参数；

步骤6：将步骤5所求得左端寄生参数二端口网络的导纳矩阵和右端寄生参数二端口网络的导纳矩阵转化为左端寄生参数二端口网络的传输矩阵和右端寄生参数二端口网络的传输矩阵T₁、T₂；

步骤7：利用第一传输线结构的传输矩阵、左端寄生参数二端口网络的传输矩阵T₁和右端寄生参数二端口网络的传输矩阵T₂，计算得到第一传输线结构去嵌后的传输矩阵N_L1，计算公式为：

步骤8：利用步骤6和步骤7计算得出的左端寄生参数二端口网络的传输矩阵T₁、右端寄生参数二端口网络的传输矩阵T₂和第一传输线结构去嵌后的传输矩阵N_L1，结合前述整体结构的传输矩阵通过矩阵运算得出待测器件本征传输矩阵参数，计算公式为：

其中，T_DUT为待测器件DUT本征传输矩阵；M_DUT为测试得到整体结构的传输矩阵，T₁、T₂为寄生参数二端口网络的传输矩阵。

步骤9：将所测器件DUT本征传输矩阵参数转化为待测器件DUT本征散射参数，完成去嵌。

在上述实施例的基础上，S1中整体结构还包括地-信号-地形式的焊盘和传输线；第一传输线结构和第二传输线结构分别包括地-信号-地形式的第一焊盘、第一传输线和第二焊盘、第二传输线。

在上述实施例的基础上，焊盘与第一焊盘、第二焊盘的尺寸大小相同。

三个相互独立结构的焊盘尺寸大小相同，是为了确保所有参数的测试都在相同的电磁环境下进行，减小测试误差。

在上述实施例的基础上，第一传输线的长度等于整体结构中连接焊盘与待测器件的传输线的长度。

第一传输线的长度，即较短传输线的长度与整体结构中传输线的长度相等，是为了消除整体结构中传输线的影响。

在上述实施例的基础上，待测器件包括滤波器、功分器、阻抗变换器中的一种。

本公开的在片夹具去嵌入的测试方法不仅适用于滤波器、功分器、阻抗变换器等微波器件，其它两端口无源器件也适用，并且有源器件在低频情况下也能适用。

本公开还提供了一种在片夹具去嵌入的测试装置，包括：去嵌入的测试结构，去嵌入的测试结构包括相互独立的整体结构、第一传输线结构和第二传输线结构；其中，整体结构包括待测器件，第二传输线结构的长度为第一传输线结构的长度的二倍；矢量网络分析仪，用于分别测试整体结构、第一传输线结构和第二传输线结构，得到整体结构的散射参数、第一散射参数和第二散射参数；计算模块，用于将整体结构的散射参数、第一散射参数和第二散射参数进行矩阵运算，得到待去嵌的寄生参数；并根据整体结构的散射参数、寄生参数进行去嵌运算，得到待测器件的本征散射参数。

本公开的在片夹具去嵌入的测试方法和装置，采用两条长度为二倍关系的传输线结构作为校准件进行去嵌计算，可以解决当待测器件尺寸较小时会导致测试探针之间距离过近产生串扰，造成去嵌入结果不准确的问题，能够得到更准确的散射参数测试结果。

如图4所示，将本公开实施例的去嵌入测试方法去嵌之后的测试结果和软件仿真数据进行对比，结果是一致的，图中实线为本公开实施例的去嵌入测试方法去嵌之后的测试结果，虚线为软件仿真数据。可见，去嵌入的测试方法能够精确地去除与待测器件连接的焊盘和传输线所引起的寄生效应。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在片夹具去嵌入的测试方法，其特征在于，包括：

S1，提供一去嵌入的测试结构，所述去嵌入的测试结构包括相互独立的整体结构、第一传输线结构和第二传输线结构；其中，所述整体结构包括待测器件，所述第二传输线结构的长度为所述第一传输线结构的长度的二倍；

S2，分别测试所述整体结构、所述第一传输线结构和所述第二传输线结构，得到所述整体结构的散射参数、第一散射参数和第二散射参数；

S3，将所述整体结构的散射参数、所述第一散射参数和所述第二散射参数进行矩阵运算，得到待去嵌的寄生参数；

S4，根据所述整体结构的散射参数、所述寄生参数进行去嵌运算，得到所述待测器件的本征散射参数。

2.根据权利要求1所述的在片夹具去嵌入的测试方法，其特征在于，所述S2包括：

在矢量网络分析仪产生特定频率的测试信号的条件下，分别测量得到所述整体结构的散射参数、所述第一散射参数和所述第二散射参数；

转换得到整体结构的散射参数矩阵、第一散射参数矩阵和第二散射参数矩阵；

转化得到整体结构的传输矩阵、第一传输矩阵和第二传输矩阵。

3.根据权利要求2所述的在片夹具去嵌入的测试方法，其特征在于，所述S3包括：

根据所述整体结构、所述第一传输线结构和所述第二传输线结构建立相应的寄生参数二端口网络；

将所述第一传输矩阵和所述第二传输矩阵进行矩阵乘法运算，得到所述寄生参数二端口网络的传输矩阵；

将所述寄生参数二端口网络的传输矩阵转化为所述寄生参数二端口网络的导纳矩阵；

根据所述寄生参数二端口网络的导纳矩阵中的导纳矩阵元素，得到待去嵌的寄生参数。

4.根据权利要求3所述的在片夹具去嵌入的测试方法，其特征在于，所述S4包括：

根据所述待去嵌的寄生参数计算得到左端、右端寄生参数二端口网络的导纳矩阵；

将所述左端、右端寄生参数二端口网络的导纳矩阵转化为左端、右端寄生参数二端口网络的传输矩阵；

根据所述左端、右端寄生参数二端口网络的传输矩阵和所述第一传输矩阵计算得到所述第一传输线结构去嵌后的传输矩阵；

根据所述左端、右端寄生参数二端口网络的传输矩阵，所述第一传输线结构去嵌后的传输矩阵以及所述整体结构的传输矩阵计算得到所述待测器件的本征传输矩阵参数；

将所述本征传输矩阵参数进行转化得到本征散射参数。

5.根据权利要求1所述的在片夹具去嵌入的测试方法，其特征在于，所述S1中所述整体结构还包括地-信号-地形式的焊盘和传输线；

所述第一传输线结构和第二传输线结构分别包括地-信号-地形式的第一焊盘、第一传输线和第二焊盘、第二传输线。

6.根据权利要求5所述的在片夹具去嵌入的测试方法，其特征在于，所述焊盘与所述第一焊盘、所述第二焊盘的尺寸大小相同。

7.根据权利要求5所述的在片夹具去嵌入的测试方法，其特征在于，所述第一传输线的长度等于所述整体结构中连接所述焊盘与所述待测器件的传输线的长度。

8.根据权利要求1所述的在片夹具去嵌入的测试方法，其特征在于，所述待测器件包括滤波器、功分器、阻抗变换器中的一种。

9.一种在片夹具去嵌入的测试装置，其特征在于，包括：

去嵌入的测试结构，所述去嵌入的测试结构包括相互独立的整体结构、第一传输线结构和第二传输线结构；其中，所述整体结构包括待测器件，所述第二传输线结构的长度为所述第一传输线结构的长度的二倍；

矢量网络分析仪，用于分别测试所述整体结构、所述第一传输线结构和所述第二传输线结构，得到所述整体结构的散射参数、第一散射参数和第二散射参数；

计算模块，用于将所述整体结构的散射参数、所述第一散射参数和所述第二散射参数进行矩阵运算，得到待去嵌的寄生参数；并根据所述整体结构的散射参数、所述寄生参数进行去嵌运算，得到所述待测器件的本征散射参数。

10.根据权利要求9所述的在片夹具去嵌入的测试装置，其特征在于，所述整体结构还包括地-信号-地形式的焊盘和传输线；

所述第一传输线结构和第二传输线结构分别包括地-信号-地形式的第一焊盘、第一传输线和第二焊盘、第二传输线。