CN1297084C - 集成光电二极管的微波探针测试装置 - Google Patents

集成光电二极管的微波探针测试装置 Download PDF

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集成光电二极管的微波探针测试装置是一种用于光纤通信系统中接收机前端集成电路测试的微波探针测试装置，该装置包括探针体(1)、光电转换器(6)，在探针体(1)的上表面设有光纤连接器(4)、电连接器(5)，光纤连接器(4)的下端通过光纤(8)和其保护管(7)与光电转换器(6)中金属腔体(22)侧面的光信号输入端(Light in)相接，电连接器(5)通过偏置电压导线(14)和金属管(2)与光电转换器(6)中金属腔体(22)的偏置电压输入端(Vbias)相接，光电转换器(6)中金属腔体(22)的信号电流输出端(Iout)通过微型传输线与探针头(3)相接。采用本装置操作简便，极大的缩短从光探测器输出端到芯片焊盘的电气距离得到可靠的测试效果。

Description

集成光电二极管的微波探针测试装置
                            技术领域
本发明是一种将超高速光信号转换为超高速电信号的装置，尤其是一种用于光纤通信系统中接收机前端集成电路测试的微波探针测试装置，主要应用于光纤通信系统中，属于光纤通信设备制造的技术领域。
                            技术背景
光纤通信是目前最主要的信息传输技术。在“信息高速公路”的概念被提出以后，光纤通信技术在加大容量和延长通信距离方面取得了突飞猛进的发展。目前时分复用(TDM)商用系统已从45Mbps增加到10Gbps，其速率在20年时间里增加了2000倍，比同期微电子技术的集成度增加速度还快得多；全球实际敷设的光波复用(WDM)系统已超过3000个，而实用化系统的最大容量已达320Gbps(2*16*10Gbps)，美国朗讯公司已宣布将推出80个波长的WDM系统，其总容量可达200Gbps(80*2.5Gbps)或400Gbps(40*10Gbps)。实验室的最高水平则已达到2.6Tbps(13*20Gbps)。但是当传输速率提高到千兆赫兹之后，接收机前端集成电路的测试遇到如下困难：光电二极管是光子流到电(子)流的转换器件，是高阻器件；因而，接收机前端集成电路实际上就是一个电流到电压的转换和放大电路，即所谓的跨阻放大器，有一个确定的输入阻抗；当光电二极管直接与跨阻放大器连接时，虽然存在着阻抗失配而导致的增益下降问题，却不存在波反射问题；但采用目前的在芯片(on-chip)测试方案，光电二极管与接收机前端集成电路焊盘之间至少要通过从微波探头的探针到SMA接头的一段数厘米长阻抗为50Ω的传输线，因而，会由于阻抗失配产生波的来回反射，导致电路无法精确测试。所以，我们需要一种装置来减小光电转换器件到光接收机电路的电气距离，从而减少波的反射，实现接收机前端集成电路的精确测试。目前国内外还没有这样的装置。
                            发明内容
技术问题：本发明的目的在于解决以上论述中的不足而提供一种集成光电二极管的微波探针测试装置，从而在接收机前端集成电路的测试中，得到精确的测试结果。
技术方案：本发明的目的通过如下措施来达到：
集成光电二极管的微波探针测试装置包括探针体、光电转换器，在探针体的表面设有光纤连接器、电连接器，光纤连接器通过光纤和其保护管与光电转换器中金属腔体侧面的光信号输入端相接，电连接器通过偏置电压导线和金属管与光电转换器中金属腔体的偏置电压输入端相接，光电转换器中金属腔体的信号电流输出端通过微型传输线与探针头相接。
光电转换器的外面为金属腔体，在该金属腔体的中间设有底座，在该底座上固定有光电二极管，光纤对准光电二极管的受光面；在该金属腔体的电流输出端设有一个第一环形隔板，微型传输线设计成微型同轴传输线，其内轴的一端通过信号连接线与光电二极管的电流输出端相接，内轴穿过第一环形隔板与探针头相接；在该金属腔体的偏置电压输入端设有一个第二环形隔板，偏置电压导线的外一端与电连接器相接，偏置电压导线的另一端通过偏置电压连接线与光电二极管的电压偏置端相连，高频旁路电容位于光电二极管旁，连接在光电二极管的电压偏置端与金属腔体之间。微型传输线设计为微型同轴传输线、微型共面波导传输线等类型的传输线。
有益效果：传统的光通信芯片的测试方法是，光信号通过光电转换器件转换为电信号，然后通过SMA连接器和传输线传输到芯片上。采用本装置就可以去掉高频电信号传输链路中的SMA连接器，并且极大地缩短同轴传输线的长度，使得从光电二极管输出的电信号仅仅通过探针头施加到芯片焊盘，从而大幅度降低测试环境对测试结果造成的影响。此外，本装置因为光电二极管嵌入到微波探针中这个固有的特点，也就使得测试过程更加简便。
                         附图说明
图1是集成光电二极管的微波探针测量装置的结构示意图。
图2是光电转换器6及其连接部分的剖视图。
图3是光电二极管20连接关系的电路原理图。
以上的图中有探针体1、金属管2、探针头3、光纤连接器4、电连接器5、光电转换器6、保护管7、光纤8、微型同轴传输线9、螺栓孔10、11、微型同轴传输线内轴12、第一环形隔板13、偏置电压导线14、第二环形隔板15、高频旁路电容16、17、信号连接线18、偏置电压连接线19、光电二极管20、底座21、金属腔体22、电流输出端P、电压偏置端N、信号电流输出端Iout、偏置电压输入端Vbias、光信号输入端Light in。
                        具体实施方式
本装置以目前通用的微波探针装置，比如美国Cascade Microtech公司或GGB公司的微波探针为基础，在其上加装一个光电转换器6、一个光纤连接器4、一段光纤8，并将其原有的从探针头到微波连接器之间的微波传输线改为一段连接探针头3和金属腔体22电流输出端Iout的微波传输线以及一段连接金属腔体22偏置电压输入端Vbias和电连接器5的导线。具体实施方式如下：
该装置包括探针体1、光电转换器6，在探针体1的表面设有光纤连接器4、电连接器5，光纤连接器4通过光纤8和其保护管7与光电转换器6中金属腔体22侧面的光信号输入端Light in相接，电连接器5通过偏置电压导线14和金属管2与光电转换器6中金属腔体22的偏置电压输入端Vbias相接，光电转换器6中金属腔体22的信号电流输出端Iout通过微型传输线与探针头3相接。
光电转换器6的外面为金属腔体22，在该金属腔体22的中间设有底座21，在该底座21上固定有光电二极管20，光纤8对准光电二极管20的受光面；在该金属腔体22的电流输出端设有一个第一环形隔板13，微型传输线设计成微型同轴传输线9，其内轴12的一端通过信号连接线18与光电二极管20的电流输出端P相接，内轴12穿过第一环形隔板13与探针头3相接；在该金属腔体22的偏置电压输入端设有一个第二环形隔板15，偏置电压导线14的一端与电连接器5相接，偏置电压导线(14)的另一端通过偏置电压连接线19与光电二极管20的电压偏置端N相连，高频旁路电容16、17位于光电二极管20旁，连接在光电二极管20的电压偏置端与金属腔体22之间。
微型传输线设计为微型同轴传输线9、微型共面波导传输线类型的传输线。
制造的步骤为：
①装配光电转换器6：将p-i-n光电二极管20和高频滤波电容16、17固定在陶瓷底座21上，高频滤波电容16、17的电容值分别为10nF和220pF。然后将底座21和陶瓷左环形隔板13、陶瓷右环形隔板15固定在圆筒状金属腔体22中。信号连接线18一端接光电二极管20的电流输出端P，另一端从左环形隔板13的孔中引出；偏置电压连接线19的一端接光电二极管20的电压偏置端N，另一端从右环形隔板15的孔中引出。
②连接光电转换器6和本装置中的其它部分。用50Ω微型同轴传输线9连接探针头3和光电转换器6的信号电流输出端Iout，也就是微型同轴传输线9的壳与圆筒状金属腔体22相连，微型同轴传输线内轴12与从左环形隔板13中引出的信号连接线18相连。电连接器5采用SMA连接器。偏置电压导线14一端接该SMA连接器，另一端与从右环形隔板15中引出的偏置电压连接线19相连。将FC型(即圆柱套筒型)光纤连接器4做在探针体1的表面上。采用一段G.655.A光纤，一端接FC型光纤连接器4，另一端接光电转换器6的光信号输入端Light in。
测试过程中，只要用螺栓把本测试装置固定在通用的探针台上，在电连接器5上加光电二极管20偏置电压，在光纤连接器4上加光信号，便可以对光通信芯片进行测试，非常方便。
在实际应用中，光电二极管20可以采用p-i-n光电二极管、雪崩光电二极管和金属-半导体-金属光电二极管，光纤8可以采用单模或者多模光纤，底座21、左环形隔板13、右环形隔板15都采用绝缘材料。电连接器5一般采用直流连接器，但减少外界对光电二极管20的偏置电压的干扰，也可采用SMA/SMB等类型的微波连接器。

Claims (2)

1.一种集成光电二极管的微波探针测试装置，其特征是该装置包括探针体(1)、光电转换器(6)，在探针体(1)的表面设有光纤连接器(4)、电连接器(5)，光纤连接器(4)通过光纤(8)和其保护管(7)与光电转换器(6)中金属腔体(22)侧面的光信号输入端(Light in)相接，电连接器(5)通过偏置电压导线(14)和金属管(2)与光电转换器(6)中金属腔体(22)的偏置电压输入端(Vbias)相接，光电转换器(6)中金属腔体(22)的信号电流输出端(Iout)通过微型传输线与探针头(3)相接；光电转换器(6)的外面为金属腔体(22)，在该金属腔体(22)的中间设有底座(21)，在该底座(21)上固定有光电二极管(20)，光纤(8)对准光电二极管(20)的受光面；在该金属腔体(22)的电流输出端设有一个第一环形隔板(13)，微型传输线设计成微型同轴传输线(9)，其内轴(12)的一端通过信号连接线(18)与光电二极管(20)的电流输出端(P)相接，内轴(12)穿过第一环形隔板(13)与探针头(3)相接；在该金属腔体(22)的偏置电压输入端设有一个第二环形隔板(15)，偏置电压导线(14)的一端与电连接器(5)相接，偏置电压导线(14)的另一端通过偏置电压连接线(19)与光电二极管(20)的电压偏置端(N)相连，高频旁路电容(16、17)位于光电二极管(20)旁，连接在光电二极管(20)的电压偏置端与金属腔体(22)之间。
2.根据权利要求1所述的集成光电二极管的微波探针测试装置，其特征是微型传输线设计为微型同轴传输线(9)、微型共面波导传输线类型的传输线。
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