DE112004002808T5

DE112004002808T5 - Verfahren und Gerät zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika einer elektronischen Vorrichtung und Verfahren zum Kalibrieren von Geräten zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika

Info

Publication number: DE112004002808T5
Application number: DE112004002808T
Authority: DE
Inventors: Gaku Nagaokakyo Kamitani
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: DE112004002808B4; JPWO2005101034A1; DE112004002805T5; WO2005101035A1; JP3912429B2; JP3912428B2; DE112004002805B4; WO2005101037A1; JPWO2005101035A1; WO2005101034A1

Abstract

Ein Verfahren zum Messen von Hochfrequenzcharakteristika einer elektronischen Vorrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
einen Schritt eines Vorbereitens einer Übertragungsleitung, deren elektrische Charakteristika pro Längeneinheit bekannt sind, wobei die Übertragungsleitung einen Signalleiter, dessen erstes Ende ein Leerlaufende ist, und einen Masseleiter umfasst;
einen Schritt eines Verbindens eines zweiten Endes des Signalleiters und des Masseleiters mit zugeordneten Messtoren einer Messvorrichtung;
einen Schritt eines Messens einer elektrischen Charakteristik in einem Verbindungszustand, bei dem der Signalleiter mit dem Masseleiter verbunden ist, an zumindest drei Punkten in der longitudinalen Richtung des Signalleiters;
einen Schritt eines Erhaltens von Fehlerfaktoren eines Messsystems, das die Übertragungsleitung umfasst, auf der Basis von gemessenen Werten in dem Verbindungszustand und der elektrischen Charakteristika der Übertragungsleitung;
einen Schritt eines Schaltens der zu messenden elektronischen Vorrichtung zwischen das Leerlaufende des Signalleiters und den Masseleiter und eines Messens einer elektrischen Charakteristik; und
einen Schritt eines Entfernens...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika einer elektronischen Zwei-Anschluss-Vorrichtung, wie z. B. eines Chipinduktors, eines Chipkondensators, eines Chipwiderstands oder dergleichen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Korrigieren eines Messfehlers beim Messen der Impedanz oder des Q-Werts der elektronischen Vorrichtung mit einem Reflexionsverfahren unter Verwendung einer Messvorrichtung, wie z. B. eines Netzwerkanalysators oder dergleichen.
Stand der Technik
Um elektrische Hochfrequenzcharakteristika einer Impedanzvorrichtung, wie z. B. eines oberflächenbefestigten Chipinduktors oder eines oberflächenbefestigten Chipkondensators, unter Verwendung eines Netzwerkanalysators zu messen, gibt es ein Messverfahren, bei dem eine planare Übertragungsleitung (wie z. B. eine Mikrostreifenleitung oder ein koplanarer Wellenleiter) mit dem Netzwerkanalysator über Koaxialkabel oder dergleichen verbunden wird, da es unmöglich ist, die Koaxialkabel direkt mit der elektronischen Vorrichtung zu verbinden, und die elektronische Vorrichtung in Kontakt mit der planaren Übertragungsleitung gebracht wird, um eine Messung vorzunehmen. In diesem Fall ist es, um echte Werte einer Streukoeffizientenmatrix der Impedanzvorrichtung zu erhalten, die als ein Testobjekt dient, nötig, Fehlerfaktoren eines Messsystems zu identifizieren und die Effekte der Fehlerfaktoren aus den Messergebnissen zu entfernen. Dies wird als Korrektur oder Kalibrierung bezeichnet.
Bei der Messung unter Verwendung eines Netzwerkanalysators, wie es in dem Nicht-Patentdokument 1 gezeigt ist, sind TRL-(Durchgang-Reflexion-Last- bzw. Through-Reflection-Load-) Kalibrierung und SOLT- (Kurzschluss-Leerlauf-Last-Durchgang- bzw. Short-Open-Load-Through-) Kalibrierung als Techniken zum Entfernen von Fehlern des Messsystems bekannt.
Die 1 und 2 zeigen ein Messsystem, das einen Netzwerkanalysator verwendet, und jedes Fehlermodell zur Verwendung bei SOLT-Kalibrierung und TRL-Kalibrierung.
Eine elektronische Vorrichtung 1, die als ein Testobjekt dient, ist mit einer Übertragungsleitung verbunden, die an der oberen Oberfläche einer Messhalterung bzw. -anordnung 2 bereitgestellt ist. Zwei Enden der Übertragungsleitung an der Messanordnung 2 sind mit Messtoren des Netzwerkanalysators, der nicht gezeigt ist, über Koaxialkabel 3 verbunden.
Bei dem Fehlermodell der SOLT-Kalibrierung sind S_11A bis S_22A Streukoeffizienten der Übertragungsleitung einschließlich des Testobjekts, E_DF, E_RF und E_SF sind Streukoeffizienten auf einer Messtorseite, und E_LF und E_TF sind Streukoeffizienten auf der anderen Messtorseite.
Bei dem Fehlermodell der TRL-Kalibrierung sind S_11A bis S_22A Streukoeffizienten des Testobjekts, e₀₀ bis e₁₁ sind Streukoeffizienten auf einer Messtorseite, und f₀₀ bis f₁₁ sind Streukoeffizienten auf der anderen Messtorseite.
Um Fehlerfaktoren zu identifizieren, ist es nötig, zumindest drei Typen von Vorrichtungen (Standards), deren Streukoeffizienten bekannt sind, an einer Testobjektmessebene zu befestigen und Messungen vorzunehmen. Herkömmlicherweise werden oft Leerläufe, Kurzschlüsse und Abschlüsse (= 50 Ω) verwendet. Da dieses Standards in einer Koaxialumgebung implementiert werden können, ist dieses Verfahren, das als SOLT-Kalibrierung bezeichnet wird, weit verbreitet. Bei der SOLT-Kalibrierung, wie es in 3 gezeigt ist, werden drei Typen von Verbindern 4, die einen Kurzschluss (0 Ω), einen Leerlauf (∞ Ω) und einen Abschluss (50 Ω) umfassen, verwendet, und die Tore werden direkt miteinander verbunden, um einen Durchgangszustand zu erreichen.
In dem Fall der SOLT-Kalibrierung ist es jedoch sehr schwierig, diese Standards in anderen Umgebungen als der Koaxialumgebung zu implementieren, und die Standards, die zur Kalibrierung nötig sind, können nicht in der Form einer Chipvorrichtung hergestellt werden. Zum Beispiel ist eine planare Übertragungsleitung zur Verwendung beim Messen einer oberflächenbefestigten Vorrichtung anders als ein Wellenleiter oder eine Koaxialübertragungsleitung nicht in der Lage, einen zufrieden stellenden „Leerlauf" oder „Abschluss" zu erreichen, und es ist deshalb praktisch unmöglich, eine SOLT-Kalibrierung durchzuführen. Auch sind im Allgemeinen gemessene Werte, die durch Messungen erhalten werden, nicht Charakteristika des Testobjekts 1 allein, sondern sind zusammengesetzte Charakteristika des Testobjekts 1 und der Messanordnung 2, mit der das Testobjekt verbunden ist. Es ist somit unmöglich, nur Charakteristika des Testobjekts zu messen.
Die TRL-Kalibrierung verwendet anstelle von vorrichtungsförmigen Standards, die schwierig zu realisieren sind, wie es in 4 gezeigt ist, eine (Durchgangs-) Übertragungsleitung 5a, deren Tore direkt miteinander verbunden sind, eine Totalreflexions- (Reflexion = normalerweise kurzge schlossen) Übertragungsleitung 5b und ein paar Typen von Übertragungsleitungen 5c und 5d unterschiedlicher Längen als Standards. Bezüglich der Übertragungsleitungen 5a bis 5d ist es relativ einfach, Übertragungsleitungen herzustellen, deren Streukoeffizienten bekannt sind. Auch ist es, wenn die Totalreflexion durch ein Kurschließen erreicht wird, relativ einfach, Charakteristika derselben zu schätzen. Deshalb sind nur die Übertragungsleitungen nötig, um eine Kalibrierung durchzuführen. Im Grunde ist es möglich, nur die Charakteristika des Testobjekts 1 zu messen.
Bei diesem Beispiel ist die Durchgangsübertragungsleitung 5a ein so genannter Null-Durchgang. Um das Testobjekt zu messen, wird das Testobjekt in Reihe mit der Messanordnung 2 geschaltet, deren Länge um die Länge des Testobjekts größer ist als die Durchgangsübertragungsleitung 5a, und eine Messung wird vorgenommen.
Wenn jedoch eine TRL-Kalibrierung bei einer oberflächenbefestigten Vorrichtung angewendet wird, die als ein Testobjekt dient, treten die folgenden Probleme auf.

1) Bezüglich der Übertragungsleitungen (mehrere Typen von Leitungen, Reflexion und Durchgang) 5a bis 5d, die als die Standards dienen, ist es nötig, dass alle Fehlerfaktoren, die bei Verbindungen zwischen Koaxialverbindern 3 und den Übertragungsleitungen 5a bis 5d erzeugt werden, äquivalent sind. Selbst wenn der gleiche Typ von Verbindern als die Standards verwendet wird, variieren Charakteristika der Standards jedoch in hohem Maße, wenn die Standards mit einer Messvorrichtung verbunden werden, wodurch Kalibrierungsfehler erzeugt werden. Es ist praktisch unmöglich, eine TRL-Kalibrierung in der Nähe eines Millimeterwellenbandes durchzuführen.
2) Um dieses Problem zu lösen, sind die Koaxialverbinder 3 bei den Übertragungsleitungen 5a bis 5d gemeinsam, und Koaxialanschlussstifte befinden sich in Kontakt mit den Übertragungsleitungen, die als die Standards dienen, und sind mit denselben verbunden, wodurch die Effekte von Schwankungen bei Verbindermessungen vermieden werden. Strukturell ist es jedoch schwierig, eine ausreichende Presslast an den Verbindungen sicherzustellen, und somit können die Koaxialanschlussstifte beschädigt werden. Da die Verbindungen instabil sind, wird eine Kalibrierung ebenfalls oft instabil. Je höher die Messfrequenz ist, desto dünner sind im Allgemeinen die Übertragungsleitungen und die Koaxialanschlussstifte. Abhängig von der Positionierungswiederholbarkeit derselben können Messschwankungen größer werden.
3) Da es schwierig ist, bei der Kalibrierungsoperation zu bestimmen, ob die Messung bei der Kalibrierung ordnungsgemäß durchgeführt wird, kann es zu einem Zeitverlust kommen, wie z. B. einem Fehler, z. B. einem schlechten Kontakt zur Zeit der Kalibrierung, der auf eine Messung eines Testobjekts hin erkannt wird, nachdem die zeitaufwändige Kalibrierungsoperation abgeschlossen worden ist.

Das Patentdokument 1 offenbart ein Verfahren zum Kalibrieren eines Netzwerkanalysators, der zwei Testanschlüsse aufweist, die mit einem Testobjekt über eine Streifenleitung zu verbinden sind. Das heißt, eine erste Kalibrierungsmessung wird vorgenommen, um Übertragungs- und Reflexionsparameter der Mikrostreifenleitung zu messen, deren Fortpflanzungskonstante unbekannt ist, die auf eine reflexionsfreie Art und Weise zwischen die beiden Testanschlüsse geschaltet ist. Drei weitere Kalibrierungsmessungen werden unter Verwendung der gleichen Leitung und dreier Kalibrierungsstandards vorgenommen, die mit reflexionssymmetrischen und reziproken diskontinuierlichen Objekten realisiert sind, die an drei unterschiedlichen Positionen an der Leitung angeordnet sind.
Das heißt, die drei Typen von Standards werden durch ein Verändern des Zustands der Übertragungsleitung zu drei Zuständen realisiert. Auf diese Weise werden die Standards nur einmal angeschlossen. Mit diesem Verfahren wird verglichen mit der TRL-Kalibrierung die Anzahl von Malen, die die Standards angeschlossen werden, verringert, und somit werden Messfehler bei der Kalibrierungsoperation anzahlmäßig verringert.
Bei der tatsächlichen Messung eines Testobjekts ist es jedoch notwendig, die Streifenleitung, die als der Standard verwendet wird, zu entfernen und erneut eine Streifenleitung (Anordnung bzw. Halterung) anzuschließen, mit der das Testobjekt verbunden werden kann. Es erübrigt sich zu erwähnen, dass Charakteristika eines erneut angeschlossenen Abschnitts sich verändern, was zu Messfehlern führt.
Es ist praktisch schwierig, die Streifenleitung auf eine reflexionsfreie Art und Weise zwischen die beiden Testanschlüsse zu schalten. Reflexionskoeffizienten von Abschnitten, in denen die Testanschlüsse mit der Streifenleitung verbunden sind, können Fehler verursachen.
Gemessene Werte, die durch ein Verbinden eines Testobjekts erhalten werden, sind nicht Charakteristika des Testobjekts allein, sondern sind zusammengesetzte Charakteristika des Testobjekts und der Streifenleitung, mit der das Testobjekt verbunden ist. Es ist somit unmöglich, nur die Charakteristika des Testobjekts zu messen.

Nicht-Patentdokument 1: Anmeldungszeichen 1287-9; In-Fixture Measurements Using Vector Network Analyzers (©1999 Hewlett-Packard Company)
Patentdokument 1: japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 6-34686

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Probleme bei der TRL-Kalibrierung und der SOLT-Kalibrierung zu lösen und ein hochgradig genaues Verfahren zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika einer elektronischen Vorrichtung zu schaffen, das nicht durch Charakteristikaschwankungen bei Verbindungen beeinflusst wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hochgradig genaues Gerät zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika einer elektronischen Vorrichtung zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hochgradig genaues Verfahren zum Kalibrieren eines Geräts zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika zu schaffen.
Mittel zum Lösen der Probleme
Um die vorgenannten Aufgaben zu lösen, liefert die Erfindung, wie dieselbe in Anspruch 1 dargelegt ist, ein Verfahren zum Messen von Hochfrequenzcharakteristika einer elektronischen Vorrichtung. Das Verfahren umfasst einen Schritt eines Vorbereitens einer Übertragungsleitung, deren elektrische Charakteristika pro Längeneinheit bekannt sind, wobei die Übertragungsleitung einen Signalleiter, dessen erstes Ende ein Leerlaufende ist, und einen Masseleiter umfasst; einen Schritt eines Verbindens eines zweiten Endes des Signalleiters und des Masseleiters mit zugeordneten Messtoren einer Messvorrichtung; einen Schritt eines Messens einer elektrischen Charakteristik in einem Verbindungszustand, bei dem der Signalleiter mit dem Masseleiter verbunden ist, an zumindest drei Punkten in der longitudi nalen Richtung des Signalleiters; einen Schritt eines Erhaltens von Fehlerfaktoren eines Messsystems, das die Übertragungsleitung umfasst, auf der Basis von gemessenen Werten in dem Verbindungszustand und der elektrischen Charakteristika der Übertragungsleitung; einen Schritt eines Schaltens der zu messenden elektronischen Vorrichtung zwischen das leerlaufende des Signalleiters und den Masseleiter und eines Messens einer elektrischen Charakteristik; und einen Schritt eines Entfernens der Fehlerfaktoren des Messsystems von einem gemessenen Wert der zu messenden elektronischen Vorrichtung und eines Erhaltens eines echten Werts der elektrischen Charakteristik der zu messenden elektronischen Vorrichtung.
Die vorliegende Erfindung ist bei einem Reflexionsverfahren, das ein Schalten eines Testobjekts zwischen einen Signalleiter und einen Masseleiter einer Übertragungsleitung, die als eine Messanordnung dient, ein Messen eines Reflexionskoeffizienten des Testobjekts und ein Erhalten von elektrischen Charakteristika einschließlich Impedanz, Qualitätskoeffizient oder dergleichen auf der Basis des gemessenen Reflexionskoeffizienten umfasst, eine Technik zum Entfernen von Fehlern eines Messsystems, das die Übertragungsleitung und dergleichen umfasst. Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Wissen, dass es bei der Messung von Fehlern des Messsystems einfach ist, einen zufrieden stellenden Reflexionszustand der Übertragungsleitung zu erreichen.
Bei einem bevorzugten Beispiel des Kalibrierungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung (im Folgenden als RRR-Kalibrierung bezeichnet) wird ein Kurzschlussstandard als ein Kalibrierungsstandard (Standard) verwendet. Der Grund hierfür liegt darin, dass, da ein Kurschlusszustand im Wesentlichen äquivalent zu einem Totalreflexionszustand ist, die Effekte eines abgeschlossenen Endes des Signalleiters vermieden werden können. In dem Frequenzbereich, in dem die Übertragungsleitung, die als ein Objekt dient, im TEM-Einmodus wirksam ist, werden Charakteristika in dem Kurzschlusszustand im Wesentlichen nicht durch ein Dielektrikum beeinflusst, und es ist möglich, elektrische Charakteristika der Übertragungsleitung mit hoher Genauigkeit unter Verwendung einer Simulation eines elektromagnetischen Feldes zu schätzen.
Allgemein ist ein Parameter, der die Genauigkeit von simulierten Übertragungsleitungscharakteristika beschränkt, eine Dielektrizitätskonstante. Es wurde bestätigt, dass es nur eine vernachlässigbare Änderung der Berechnungsergebnisse der Reflexionscharakteristika in einem Kurzschlusszustand gibt, wenn die Dielektrizitätskonstante verändert wird. Es lässt sich sagen, dass kein Schaden angerichtet wird, wenn angenommen wird, dass die Simulationsergebnisse physisch echte Werte sind, die bei einer Kalibrierung zu verwenden sind. Wenn die Breite der Übertragungsleitung ausreichend kleiner ist als die Wellenlänge eines gemessenen Signals, kann davon ausgegangen werden, dass kein großer Fehler eingeführt wird, indem –1 (Reflexionskoeffizient eines idealen Kurzschlusses) als eine Kurzschlusscharakteristik verwendet wird.
Eine grober Überblick über die RRR-Kalibrierung gemäß der vorliegenden Erfindung wird beschrieben.
Kalibrierungsschritt: Messung im Kurzschlusszustand
Bei einer RRR-Kalibrierung wird eine Übertragungsleitung, die einen Signalleiter umfasst, dessen elektrische Charakteristika in der longitudinalen Richtung einheitlich sind und dessen erstes Ende ein Leerlaufende ist, an zumindest drei Punkten an der Übertragungsleitung kurzgeschlossen, wodurch Fehlerfaktoren eines Messsystems identifiziert werden. Um die Übertragungsleitung kurzzuschließen, wird z. B. ein Kurzschlussstandard zwischen den Signalleiter und den Masseleiter geschaltet. Insbesondere wird der Kurzschlussstandard mit einer Testobjektmessposition verbunden, und eine Messung wird vorgenommen. Dann wird der Kurzschlussstandard mit einem Punkt verbunden, der von der Testobjektmessposition um L₁ entfernt ist, und eine Messung wird vorgenommen. Ferner wird der Kurzschlussstandard mit einem Punkt verbunden, der von der Testobjektmessposition um L₂ entfernt ist, und eine Messung wird vorgenommen. Falls die Charakteristika der Übertragungsleitung unbekannt sind, ist es nötig, dass eine weitere Messung an einem weiteren Punkt vorgenommen wird.
Der Kurzschlussstandard bezieht sich auf elektrisch kurzgeschlossene Vorrichtungen allgemein. Der Kurzschlussstandard ist nicht auf Chipvorrichtungen beschränkt und umfasst Metallstücke oder Werkzeuge. Bevorzugt weist der Kurzschlussstandard eine Kurzschlusslänge Kontakt in der longitudinalen Richtung der Übertragungsleitung auf, wie bei der Schneide eines Messers. Falls der Kurzschlussstandard ideal ist, beträgt der Reflexionskoeffizient –1 (Totalreflexion). In der Realität weist der Kurzschlussstandard jedoch eine bestimmte Menge an Induktivität auf, und es ist somit notwendig, dass die Induktivität bekannt ist. Bei einem Mikrowellenband ist es verglichen mit einem Leerlaufzustand allgemein relativ einfach, einen fast idealen Kurzschlusszustand zu erreichen. Falls eine hohe Messgenauigkeit erforderlich ist, sollte die Induktivität des Kurzschlussstandards mit einer einfachen Simulation oder dergleichen erhalten werden.
Falls die elektrischen Charakteristika der Übertragungsleitung bekannt sind, können die Fehlerfaktoren des Messsystems durch ein Vornehmen von Messungen in dem Kurzschlusszustand an drei oder mehr Punkten erhalten werden.
Im Gegensatz dazu können, falls die elektrischen Charakteristika der Übertragungsleitung unbekannt sind, nicht nur die Fehlerfaktoren des Messsystems, sondern auch die elektrischen Charakteristika der Übertragungsleitung durch ein Vornehmen von Messungen in dem Kurzschlusszustand an vier oder mehr Punkten erhalten werden.
Messschritt: Messung eines Testobjekts
Eine elektronische Vorrichtung, die als ein Testobjekt dient, wird zwischen den Signalleiter und den Masseleiter der Übertragungsleitung geschaltet, und die elektrischen Charakteristika des Testobjekts werden gemessen.
Unter Verwendung der gemessenen elektrischen Charakteristika des Testobjekts und der Fehlerfaktoren, die bei dem Kalibrierungsschritt erhalten werden, kann ein echter Wert der elektrischen Charakteristik des Testobjekts berechnet werden.
Bei der vorangegangenen Beschreibung werden der Signalleiter und der Masseleiter bei dem Kalibrierungsschritt unter Verwendung des Kurzschlussstandards kurzgeschlossen. Es ist jedoch nicht immer notwendig, den Signalleiter und den Masseleiter kurzzuschließen. Es ist nur notwendig, dass der Signalleiter mit dem Masseleiter verbunden ist, um irgendeine Art eines Reflexionszustands zu erreichen.
Zum Beispiel wird ein Abschlusswiderstand, dessen Impedanz nahe der charakteristischen Impedanz ist, zwischen das Leerlaufende des Signalleiters und den Masseleiter geschaltet, und in diesem Zustand wird ein geeigneter Kalibrierungsstandard mit zumindest drei Punkten an der Übertragungsleitung verbunden, wodurch die Kalibrierungsoperation durchgeführt wird. In diesem Fall werden die meisten Signale nicht reflektiert, sondern an dem Leerlaufende absorbiert. Somit sind selbst dann, wenn eine Chipvorrichtung als der Kalibrierungsstandard verwendet wird, deren Übertragungskoeffizient ziemlich groß ist, Fehler gering, und eine Genauigkeit, die zur Kalibrierung erforderlich ist, kann erreicht werden.
Die RRR-Kalibrierung, die auf die im Vorhergehenden beschriebene Weise implementiert ist, hat die folgenden Merkmale.

(1) Kalibrierung und Messung werden an ein und derselben Übertragungsleitung durchgeführt. Bei der TRL-Kalibrierung sind Übertragungsleitungen unterschiedlicher Längen, die als Standards dienen, notwendig, und es ist auch notwendig, dass Verbindungen zwischen den Übertragungsleitungen und Koaxialkabeln äquivalente elektrische Charakteristika aufweisen. Bei der RRR-Kalibrierung wird jedoch ein und dieselbe Übertragungsleitung nicht nur bei der Kalibrierung, sondern auch bei der Messung verwendet. Es ist somit unnötig, die Übertragungsleitung erneut zu verbinden, und die RRR-Kalibrierung wird nicht durch Schwankungen der Charakteristika der Übertragungsleitung, der Verbinder und der Verbindungen beeinflusst.
(2) Da es sich bei der RRR-Kalibrierung um ein Messverfahren unter Verwendung von Reflexion handelt, ist es nur notwendig, dass eine Messvorrichtung nur ein Tor aufweist. Eine derartige Messvorrichtung ist kostengünstig. Da die Kalibrierungsprozedur nur für ein Tor durchgeführt werden muss, ist dieselbe weniger zeitaufwändig.
(3) Je näher die elektrischen Charakteristika des Testobjekts der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung sind, desto höher ist die Messgenauigkeit.
(4) Nicht nur die Messung einer elektronischen Zwei-Anschluss-Vorrichtung, sondern auch die Messung von elektrischen Charakteristika einer Hochfrequenzvorrichtung, wie z. B. einer Antenne, die mit einem be kannten Messverfahren schwierig zu messen waren, können durchgeführt werden.
(5) Die Länge der Übertragungsleitung, die für die Messanordnung notwendig ist, wird durch die untere Grenze von zu messenden Frequenzen bestimmt. Um niedrige Frequenzen zu handhaben, ist eine lange Übertragungsleitung notwendig. Es ist jedoch nur eine kurze Übertragungsleitung notwendig, um hohe Frequenzen zu handhaben.
(6) Eine Messung zur Kalibrierung wird durch ein Verbinden des Kalibrierungsstandards (z. B. des Kurzschlussstandards) mit ein paar Punkten an der Übertragungsleitung vorgenommen. Die Anzahl von Punkten, an denen die Messung unter Verwendung des Kalibrierungsstandards durchgeführt wird, und wie weit dieselben von der Testobjektmessposition entfernt sind, wird durch die Messfrequenzbandbreite und die obere Frequenzgrenze bestimmt.
(7) Wenn die Messung unter Verwendung des Kalibrierungsstandards an vier oder mehr Punkten an der Übertragungsleitung durchgeführt wird, können auch die Charakteristika der Übertragungsleitung erhalten werden.

Falls die Charakteristika der Übertragungsleitung bekannt sind, können die Fehlerfaktoren des Messsystems durch ein Verbinden des Kalibrierungsstandards mit drei Punkten erhalten werden. Falls der Kalibrierungsstandard mit vier oder mehr Punkten verbunden wird, können nicht nur die Fehlerfaktoren des Messsystems, sondern auch die Charakteristika der Übertragungsleitung (Dielektrizitätskonstante, Verlustkoeffizient usw.) erhalten werden. Deshalb können, selbst wenn die Dielektrizitätskonstante oder der Verlustkoeffizient eines dielektrischen Materials zur Verwendung bei der Übertragungsleitungsanordnung unbekannt ist oder selbst wenn die Charakteristika eines dielektrischen Materials bei jedem Los variieren, die Charakteristika der Übertragungsleitungsanordnung, die verwendet werden soll, genau erhalten werden, und eine hochgradig genaue Kalibrierung kann ohne Fehler durchgeführt werden.
Im Allgemeinen weisen Übertragungsleitungsanordnungen bzw. -halterungen, die aus einem Grundmaterial, wie z. B. Teflon^® oder Aluminiumoxid hergestellt sind, elektrische Charakteristika auf, die nur leicht variieren, und es ist einfach, die physischen echten Werte der elektrischen Charakteristika zu erhalten. Diese Übertragungsleitungsanordnungen sind jedoch teuer. Im Gegensatz dazu sind Übertragungsleitungsanordnungen, die aus einem Grundmaterial hergestellt sind, das ein allgemeines Harz, wie z. B. ein Epoxidharz oder dergleichen, umfasst, kostengünstig. Materialcharakteristika dieser Übertragungsleitungsanordnungen variieren jedoch in hohem Maße, und die Dielektrizitätskonstante und der Verlustkoeffizient derselben variieren ebenso. In einem derartigen Fall wird der Kalibrierungsstandard mit vier oder mehr Punkten verbunden, um Übertragungsleitungscharakteristika zu erhalten. Auf diese Weise können die elektrischen Charakteristika eines Testobjekts mit hoher Genauigkeit gemessen werden, ohne durch Schwankungen bei den Übertragungsleitungscharakteristika beeinflusst zu werden.
Um den Signalleiter und den Masseleiter der Übertragungsleitung kurzzuschließen, wird der Kurzschlussstandard mit der Übertragungsleitung verbunden. Aufgrund hoher Frequenzen kann der Einfluss der Restinduktivität des Kurzschlussstandards jedoch groß sein, und es kann sein, dass der Signalleiter und der Masseleiter nicht ausreichend kurzgeschlossen werden (die Totalreflexion kann nicht erreicht werden).
In diesem Fall wird es bevorzugt, dass der Kalibrierungsstandard in die Nähe (nicht in Kontakt mit) der Übertra gungsleitung gebracht wird und die Streukapazität, die zwischen der Übertragungsleitung und dem Kalibrierungsstandard erzeugt wird, und die Restinduktivität des Kalibrierungsstandards sich in einem Reihenresonanzzustand befinden.
In dem Reihenresonanzzustand ist die Impedanz eines Abschnitts, der mit dem Kalibrierungsstandard verbunden ist, 0 Ω, d. h. ein idealer Kurzschlusszustand wird erreicht. In anderen Worten kann sogar bei hohen Frequenzen, wo ein zufrieden stellender Kurzschlussstandard nicht realisiert wird, der gleiche Vorteil wie derjenige des Verwendens eines zufrieden stellenden Kurzschlussstandards erreicht werden.
In dem Fall, bei dem ein Kondensator mit einer sehr geringen Kapazität als der Kalibrierungsstandard verwendet wird, kann der Kondensator in Kontakt mit der Übertragungsleitung gebracht werden (vollständig verbunden), um eine Reihenresonanz zu erzeugen.
Es wird bevorzugt, als die Übertragungsleitung der vorliegenden Erfindung eine Übertragungsleitung zu verwenden, die einen Signalleiter und einen Masseleiter umfasst, die auf der gleichen Ebene angeordnet sind. Auf diese Weise können, wenn eine Kalibrierung unter Verwendung eines Kalibrierungsstandards oder eine Messung unter Verwendung eines Testobjekts durchgeführt wird, der Kalibrierungsstandard oder das Testobjekt ohne Weiteres gleichzeitig mit dem Signalleiter und dem Masseleiter verbunden werden. Da der Kalibrierungsstandard oder das Testobjekt zum Zeitpunkt der Kalibrierung oder der Messung vertikal gegen die Übertragungsleitung gepresst werden können, kann eine ausreichende Presslast ohne Weiteres sichergestellt werden, und somit wird der Kontakt ohne Weiteres stabil.
Insbesondere können ein koplanarer Wellenleiter oder eine Schlitzleitung als die Übertragungsleitung verwendet wer den. Der koplanare Wellenleiter umfasst einen Signalleiter und einen Masseleiter mit dem Signalleiter dazwischen, und der Signalleiter und der Masseleiter sind auf der gleichen Ebene angeordnet. Der koplanare Wellenleiter ist für die Messung von Hochfrequenzcharakteristika bis zu 10 GHz geeignet.
Im Gegensatz dazu umfasst die Schlitzleitung einen Signalleiter und einen Masseleiter, die auf der gleichen Ebene mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet sind. Die Schlitzleitung ist zur Messung von Hochfrequenzcharakteristika bei 10 GHz oder höher geeignet.
Es wird bevorzugt, dass der Kalibrierungsstandard mit Positionen verbunden ist, bei denen die Phasendifferenz zwischen den Positionen zwischen 70° und 145° liegt.
Um eine hochgradig genaue Kalibrierung durchzuführen, wird es bevorzugt, dass Teile von Kalibrierungsdaten so weit wie möglich voneinander entfernt sind. Bei der RRR-Kalibrierung, bei der unterschiedliche Teile von Kalibrierungsdaten abhängig von der Reflexionsphase basierend auf dem Kalibrierungsstandard erhalten werden, beträgt die Phasendifferenz zwischen den Positionen, an denen der Kalibrierungsstandard angeschlossen wird, bevorzugt zum Zweck der Kalibrierung zwischen 70° und 145°, um die Kalibrierungsgenauigkeit zu verbessern. Wenn die Phasendifferenz zwischen den Verbindungspositionen eingestellt wird, wie es im Vorhergehenden beschrieben ist, wird der Frequenzbereich, der durch ein Paar von Kalibrierungsstandards gehandhabt werden kann, ziemlich eng, obwohl die Kalibrierungsgenauigkeit hoch wird. Wenn jedoch das Einstellen der Positionen, an denen der Kalibrierungsstandard angeschlossen wird, sehr einfach ist, und wenn die gemessenen Daten bei der Kalibrierung zur vollen Verwendung gebracht werden, wird die Anzahl von Malen, die der Kalibrierungsstandard gemessen wird, nicht in hohem Maße erhöht, sogar in dem Fall einer Breitbandmessung, was somit kein praktisches Problem darstellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das ein Messsystem, das einen bekannten Netzwerkanalysator verwendet, und ein Fehlermodell einer SOLT-Kalibrierung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das ein Messsystem, das einen bekannten Netzwerkanalysator verwendet, und ein Fehlermodell einer TRL-Kalibrierung zeigt.
3 ist ein Diagramm, das eine SOLT-Kalibrierung zeigt.
4 ist ein Diagramm, das eine TRL-Kalibrierung zeigt.
5 ist eine Grundrissansicht eines Geräts zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika, die ein erstes Ausführungsbeispiel einer RRR-Kalibrierung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine Vorderansicht des Geräts zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika bei der Kalibrierung, die in 5 gezeigt ist.
7 ist ein Diagramm eines Fehlermodells zur Verwendung bei der RRR-Kalibrierung.
8 umfasst Grundrissansichten des Geräts zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharak teristika gemäß der vorliegenden Erfindung, das ein Testobjekt misst.
9 ist ein Flussdiagramm eines Beispiels der RRR-Kalibrierung gemäß der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Diagramm von Hochfrequenzcharakteristika eines Chipinduktors, die unter Verwendung der RRR-Kalibrierung gemessen werden.
14 ist eine Grundrissansicht des Geräts zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika, die ein zweites Ausführungsbeispiel der RRR-Kalibrierung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist ein Modelldiagramm einer Leerlauf-/Kurzschluss-Kalibrierung.
13 umfasst Ansichten, die Beispiele zeigen, bei denen eine Reihenresonanz zwischen einem Kalibrierungsstandard und einer Übertragungsleitung erzeugt wird.
14 ist eine Grundrissansicht, die ein Beispiel einer weiteren Übertragungsleitung zeigt, die bei einem Verfahren zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Beste Ausführungsart der Erfindung
Im Folgenden wird eine RRR-Kalibrierung gemäß der vorliegenden Erfindung speziell unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele beschrieben.
Ausführungsbeispiel 1
Die 5 bis 8 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.
- Kalibrierungsstandard bei RRR-Kalibrierung -
Bei der RRR-Kalibrierung ist ein zu messender Kalibrierungsstandard in allen Fällen ein Kurzschlussstandard 10, und eine Messanordnung bzw. -halterung 11 (Übertragungsleitung 12), die verwendet werden soll, ist in allen Fällen die gleiche Anordnung.
Hier wird eine Beschreibung unter Verwendung eines koplanaren Wellenleiters (im Folgenden als CPW bezeichnet), der als die Messanordnung 11 dient, als ein Beispiel gegeben. Die Messanordnung 11 umfasst, wie es in den 5 und 6 gezeigt ist, eine Übertragungsleitung, die einen Signalleiter 12a und einen Masseleiter 12b auf der oberen Oberfläche einer Anordnungs- bzw. Halterungsplatine 11a umfasst. Die Messanordnung 11 umfasst ferner einen Masseleiter 12c, der auf der Rückoberfläche der Anordnungsplatine 11a angeordnet ist. Ein erstes Ende des Signalleiters 12a ist ein Leerlaufende, und ein zweites Ende ist mit einem Verbinder 11b verbunden. Der Masseleiter 12b ist gebildet, um im Wesentlichen eine U-Form aufzuweisen, um mit einem Zwischenraum dazwischen zwei Seiten des Signalleiters 12a in der Breiterichtung und das Leerlaufende des Signalleiters 12a zu umgeben. Der Verbinder 11b ist mit einem Koaxialkabel 14 und mit Messtoren 21 und 22 eines Netzwerkanalysators 20 verbunden, bei dem es sich um ein Beispiel einer Messvorrichtung handelt. Eine Signalleitung 14a des Koaxialkabels 14 wird durch Löten, Schweißen oder dergleichen an dem Signalleiter 12a befestigt, um Verbindungsschwankungen zu beseitigen. Die Messtore 21 und 22 sind über das Koaxialkabel 14 mit dem Signalleiter 12a bzw. dem Masseleiter 12b verbunden.
Wie es in 6 gezeigt ist, sind eine Drückvorrichtung 15 zum Pressen des Kurzschlussstandards 10 gegen die Übertragungsleitung 12 und ein Mechanismus 16 zum Ermöglichen, dass sich die Drückvorrichtung 15 frei entlang der Übertragungsleitung 12 bewegt, über der Messanordnung 11 bereitgestellt. Ein messerschneidenförmiger Leiter, der an der Spitze der isolierenden Drückvorrichtung 15 befestigt ist, wird als der Kurzschlussstandard 10 verwendet.
Wenn es nur notwendig ist, Streukoeffizienten bezüglich der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung zu messen, muss die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung nicht bekannt sein. Um jedoch die Impedanz oder dergleichen zu messen, ist es notwendig, dass die charakteristische Impedanz der Übertragungsleitung bekannt ist. Dies kann mit einem bekannten Verfahren, wie z. B. einem Berechnen der Impedanz mit einer Simulation, oder durch ein Verwenden eines Werts, der tatsächlich mit einem Zeitbereichsreflexionsverfahren gemessen worden ist, erhalten werden.
- Verbindung und Messung des Kurzschlussstandards -
Der Kurzschlussstandard 10 wird mit einem Punkt verbunden, an dem eine Elektrode angeschlossen ist, um ein Testobjekt zu messen (Messpunkt 1 in 5: P1, im Folgenden als ein „Testobjektmesspunkt" bezeichnet), und danach wird eine Messung vorgenommen, wobei S_11M1 das Messergebnis ist. Es sei Γ_A1 ein echter Wert eines Reflexionskoeffizienten an dem Messpunkt. Γ_A1 ist ein echter Wert des Kurzschlussstandards. Wenn die Größe des Kurzschlussstandards 10 in der longitudinalen Richtung der Übertragungsleitung 12 ausreichend kleiner als die Wellenlänge eines gemessenen Signals ist, wird Γ_A1 auf –1 gesetzt. Ansonsten sollte ein geschätzter Wert des echten Werts durch eine Simulation oder dergleichen erhalten werden.
Dann wird der Kurzschlussstandard 10 mit einer Position an dem Signalleiter 12a verbunden, die von dem Testobjektmesspunkt um L₁ zu dem Tor 1 hin entfernt ist (Messpunkt 2: P2), und danach wird eine Messung vorgenommen, wobei S_11M2 das Messergebnis ist. In diesem Fall ist Γ_A1 der echte Wert des Reflexionskoeffizienten des Kurzschlussstandards 10 an dem Messpunkt 2. Der Testobjektmesspunkt sei eine Referenzebene, der echte Wert des Reflexionskoeffizienten wird umgewandelt, wie es in Gleichung 1 gezeigt ist. Da eine elektromagnetische Welle, die in das Tor 1 eintritt, durch den Kurzschlussstandard 10 vollständig reflektiert wird, ist die Entfernung der Welle, die durch die Übertragungsleitung übertragen wird, bei einem Umlauf um 2L₁ kürzer als diejenige in dem Fall, bei dem der Kurzschlussstandard 10 mit dem Testobjektmesspunkt verbunden ist. Hier ist α der Übertragungsgrad [U/mm] der Übertragungsleitung pro Längeneinheit, β ist eine Phasenkonstante [rad/mm] der Übertragungsleitung, und Γ_A2 ist der echte Wert des Kurzschlussstandards 10, der mit dem Messpunkt 2 verbunden ist, bezüglich des Testobjektmesspunkts, der als die Referenzebene dient: [Gleichung 1]
Fortlaufend wird der Kurzschlussstandard 10 mit einer Position an dem Signalleiter 12a verbunden, die von dem Testobjektmesspunkt um L₂ zu dem Tor 1 hin entfernt ist (Messpunkt 3: P3), und danach wird eine Messung vorgenommen, wobei S_11M3 das Messergebnis ist. Wie bei dem Fall von Messpunkt 2 sei der Testobjektmesspunkt die Referenzebene, der echte Wert des Reflexionskoeffizienten wird als Gleichung 2 ausgedrückt: [Gleichung 2]
In den Gleichungen 1 und 2 können, wie es sich aus der Tatsache ergibt, dass der Übertragungsgrad der Übertragungsleitung in Termen negativer Potenz ausgedrückt ist, Γ_A2 und Γ_A3 eins überschreiten. Normalerweise gibt es keinen Kurzschlussstandard, dessen Reflexionskoeffizient 1 überschreitet. Der obige Zustand wird jedoch erzeugt, weil der Testobjektmesspunkt in den Gleichungen 1 und 2 als die Referenzebene dient, und dies ist nicht anormal.
Wenn die Übertragungsleitungscharakteristika α und β unbekannt sind, wird eine weitere Messung vorgenommen, indem der Kurzschlussstandard 10 mit einer Position an der Übertragungsleitung verbunden wird, die von dem Messpunkt 1 um L₃ zu dem Tor 1 hin entfernt ist (Messpunkt 4: P4), wobei S_11M4 das Messergebnis ist. Wie in dem Fall des Messpunktes 2 sei der Messpunkt 1 die Referenzebene, der echte Wert Γ_A4 des Reflexionskoeffizienten an dem Messpunkt 4 wird als Gleichung 3 ausgedrückt: [Gleichung 3]
Hier sei, wie in der folgenden Gleichung, ξ eine Gleichung, die α und β umfasst, wobei ξ physikalisch einen Übertragungskoeffizienten der Übertragungsleitung pro Längeneinheit bezeichnet:
[Gleichung 4]

ξ = α–2 exp (j2β)

Unter Verwendung von Gleichung 4 können die Gleichungen 1 bis 3 jeweils als Gleichungen 5 bis 7 umgeschrieben werden: [Gleichung 5]
[Gleichung 6]
[Gleichung 7]
Wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde, können, wenn die Übertragungsleitungscharakteristika ξ unbekannt sind, nicht nur Fehlerkoeffizienten, sondern auch die Übertragungsleitungscharakteristika ξ durch ein Kurzschließen der Übertragungsleitung an vier Punkten unter Verwendung des Kurzschlussstandards erhalten werden.
Die Übertragungsleitungscharakteristika ξ umfassen zwei unbekannte Werte, nämlich den Übertragungsgrad α und den Phasenkoeffizienten β. Da die Übertragungsleitungscharakteristika ξ durch eine komplexe Zahl dargestellt werden, bei der ein Teil einer reellen Zahl dem Übertragungsgrad α entspricht und ein Teil einer imaginären Zahl dem Phasenkoeffizienten β entspricht, können die Übertragungsleitungscharakteristika β als ein unbekannter Wert erhalten werden.
Wegen der nachfolgenden Berechnungen wird es bevorzugt, dass die Entfernungen L₁, L₂ und L₃ von der Testobjektmessposition zum Messen des Kurzschlussstandards eine der folgenden Beziehungen erfüllen: L1:L2:L3 = 1:2:3 L1:L2:L3 = 1:2:4
Wenn die Entfernungen L₁, L₂ und L₃ eine der oben genannten Beziehungen erfüllen, können die Übertragungsleitungscha rakteristika explizit unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden. Wenn die Entfernungen L₁, L₂ und L₃ keine der oben genannten Beziehungen erfüllen, können die Übertragungsleitungscharakteristika nicht unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden, und es ist somit notwendig, die Übertragungsleitungscharakteristika durch iterative Berechnungen oder dergleichen zu erhalten.
Wenn die Positionen L₁, L₂ und L₃ zum Messen des Kurzschlussstandards die Beziehung L₁:L₂:L₃ = 1:2:3 erfüllen, kann ξ unter Verwendung von Gleichung 8 erhalten werden: [Gleichung 8]
Im Gegensatz dazu kann, wenn die Positionen L₁, L₂ und L₃ die Beziehung L₁:L₂:L₃ = 1:2:4 erfüllen, ξ unter Verwendung von Gleichung 9 erhalten werden: [Gleichung 9]
Wenn das Verhältnis von L₁:L₂:L₃ keine der oben genannten Bedingungen erfüllt, wird eine Gleichung zum Erhalten von ξ nicht explizit abgeleitet. In einem derartigen Fall kann bei Bedarf eine ähnliche Gleichung abgeleitet werden, oder ξ kann durch iterative Berechnungen erhalten werden.
Wenn ξ durch Gleichung 8 oder 9 erhalten wird, können die Werte Γ_A2 und Γ_A3 durch die Gleichungen 5 und 6 berechnet werden. Somit können die Fehlerkoeffizienten erfolgreich erhalten werden, was nachfolgend beschrieben ist.
- Berechnung von Fehlerkoeffizienten eines Fehlermodells einer RRR-Kalibrierung -
7 zeigt ein Fehlermodell einer RRR-Kalibrierung. Ein Reflexionsverfahren ist eine Technik zum Beobachten des Pegels eines reflektierten Teils einer elektromagnetischen Welle, die von einem Tor (Verbinder 11b) in ein Testobjekt 17 eintritt, und zum Erhalten der Impedanz und dergleichen auf der Basis der Beobachtung. Da nur ein Tor vorliegt, wie es in 7 gezeigt ist, gibt es nur vier Fehlerfaktoren E₁₁, E₂₁, E₁₂ und E₂₂. Da die Streukoeffizientenmessung die Verhältnismessung ist, wobei E₂₁ = 1 gegeben ist, gibt es dann nur drei Fehlerfaktoren E₁₁, E₁₂ und E₂₂. Bei dem Diagramm ist S_11M ein gemessener Wert des Reflexionskoeffizienten, und S_11A ist ein echter Wert des Reflexionskoeffizienten.
Auf der Basis der Messergebnisse, die durch ein Verbinden des Kurzschlussstandards 10 auf die im Vorhergehenden beschriebene Weise erhalten werden, werden die Fehlerkoeffizienten E₁₁, E₁₂ und E₂₂ in 7 unter Verwendung der Gleichungen 10 erhalten, wobei D₁ eine Zwischenvariable ist.
[Gleichung 10]
- Messung eines Testobjekts und RRR-Kalibrierung -
Wenn die Fehlerkoeffizienten erhalten werden, wie es in 8 gezeigt ist, wird das Testobjekt 17 zwischen den Signalleiter 12a und den Masseleiter 12b geschaltet, und elektrische Charakteristika des Testobjekts 17 werden gemessen. Zum Beispiel wird das Testobjekt 17 unter Verwendung einer Chipbefestigungsvorrichtung oder dergleichen angezogen, um das Testobjekt 17 in Kontakt mit der Testobjektmessposition an der Messanordnung 11 zu bringen, und der Reflexionskoeffizient (S_11M) wird gemessen. Da das Fehlermodell einer RRR-Kalibrierung das gleiche wie dasjenige einer TRL-Kalibrierung ist, können die Effekte von Fehlern aus dem tatsächlichen Ergebnis eines Messens des Testobjekts durch ein Durchführen einer Berechnung, die derjenigen bei einer TRL-Kalibrierung ähnlich ist, entfernt werden. Eine Gleichung zum Entfernen der Effekte von Fehlern und zum Erhalten eines echten Werts des Reflexionskoeffizienten S_11M des Testobjekts ist im Folgenden gegeben. Die Gleichung zum Entfernen der Effekte von Fehlerfaktoren ist nicht auf die folgende Gleichung beschränkt, und eine beliebige bekannte Technik kann verwendet werden.
[Gleichung 11]
9 ist ein Flussdiagramm eines Beispiels für ein RRR-Kalibrierungsverfahren.
Wenn die Kalibrierung beginnt, wird eine Messvorrichtung über ein Koaxialkabel mit einer Messanordnung verbunden (Schritt S1). Dann werden der Signalleiter 12a und der Masseleiter 12b durch den Kurzschlussstandard 10 an einer ersten Position kurzgeschlossen, wobei es sich um das Leerlaufende des Signalleiters 12a handelt (Schritt S2). Die erste Position kann sich in der Nähe der Testobjektmessposition oder einer anderen Position befinden. Während der Kurzschlussstandard 10 verbunden ist, wird der Reflexionskoeffizient (S_11M1) auf der Seite von Tor 1 gemessen (Schritt S3).
Dann werden der Signalleiter 12a und der Masseleiter 12b durch den Kurzschlussstandard 10 an einer zweiten Position kurzgeschlossen (Schritt S4), und der Reflexionskoeffizient (S_11M2) auf der Seite von Tor 1 wird gemessen (Schritt S5). Dann werden der Signalleiter 12a und der Masseleiter 12b durch den Kurzschlussstandard 10 an einer dritten Position kurzgeschlossen (Schritt S6), und der Reflexionskoeffizient (S_11M3) auf der Seite von Tor 1 wird gemessen (Schritt S7).
Falls die Übertragungsleitungscharakteristika unbekannt sind, werden der Signalleiter 12a und der Masseleiter 12c erneut durch den Kurzschlussstandard 10 an einer vierten Position kurzgeschlossen (Schritt S8), und der Reflexionskoeffizient (S_11M4) des Tors 1 wird gemessen (Schritt S9). Auf der Basis der Reflexionskoeffizienten werden die Übertragungsleitungscharakteristika ξ auf der Seite von Tor 1 berechnet (Schritt S10). Wenn die Übertragungsleitungscha rakteristika ξ bekannt sind, sind die Schritte S8 bis S10 unnötig.
Danach werden die Fehlerkoeffizienten unter Verwendung der gemessenen Reflexionskoeffizienten und der Übertragungsleitungscharakteristika ξ und unter Verwendung der Gleichungen 10 berechnet (Schritt S11).
Nachdem die Fehlerkoeffizienten berechnet worden sind, wird das Testobjekt mit der Messanordnung verbunden (Schritt S12), und der Reflexionskoeffizient (S_11M) des Testobjekts wird gemessen (Schritt S13). Dann werden die Effekte von Fehlern von dem gemessenen Wert unter Verwendung von Gleichung 11 entfernt (Schritt S14), und das Ergebnis mit entferntem Fehler (echter Wert des Testobjekts) wird angezeigt, und das Testobjekt wird ausgewählt (Schritt S15). Danach werden die Schritte S12 bis S15 wiederholt, bis die Messung aller Testobjekte abgeschlossen ist (Schritt S16). Wenn die Messung aller Testobjekte abgeschlossen ist, endet die RRR-Kalibrierung.
10 zeigt die Ergebnisse einer Messung eines 10-nH-Chipinduktors (laminierter Chipinduktor) mit einer Größe von 1 mm × 0,5 mm innerhalb des Bereichs von 1 GHz bis 3 GHz unter Verwendung der RRR-Kalibrierung, Hier sind zusätzlich zu der RRR-Kalibrierung die Messergebnisse gezeigt, die mit einem bekannten Impedanzanalysator erhalten werden. Bei dem Impedanzanalysator handelt es sich um 4991A, der durch Agilent Technologies Inc. vertrieben wird. Die Messergebnisse, die mit der RRR-Kalibrierung erhalten werden, verfolgen diejenigen, die mit dem bekannten Impedanzanalysator erhalten werden. Es ist deutlich, dass die Messung mit der RRR-Kalibrierung eine hohe Genauigkeit aufweist.
Anschließend wird eine Beschreibung der Art und Weise gegeben, auf die die Positionen ausgewählt werden, an denen der Kurzschlussstandard 10 gemessen wird.
Zum Beispiel wird angenommen, dass der Kurzschlussstandard 10 an dem Testobjektmesspunkt an der Übertragungsleitung 12 und an einem Punkt, der 5 mm von dem Testobjektmesspunkt entfernt ist, gemessen wird. Falls die Übertragungsleitung 12 einen geringen Verlust aufweist, ist der einzige Unterschied zwischen den Messergebnissen an den zwei Punkten die Phase. Die Wellenlänge sei 30 mm (die Wellenlänge einer elektromagnetischen 1-GHz-Welle in einem Vakuum), eine Differenz von 5 mm bei der Position entspricht einer Differenz von 10 mm bei der Position in einem Umlauf. Somit wird erwartet, dass die gemessenen Daten eine Phasendifferenz von (10 mm % 30 mm) × 360° = 120° aufweisen. Beträgt die Wellenlänge jedoch 10 mm (die Wellenlänge einer elektromagnetischen 3-GHz-Welle in einem Vakuum), erzeugt die gleiche Differenz von 10 mm bei der Position bei einem Umlauf eine Phasendifferenz von 10mm % 10mm × 360° = 360°, und somit liegt keine Phasendifferenz vor. Bei einer Differenz von 5 mm bei der Position kann eine Kalibrierung bei der Frequenz der 10-mm-Wellenlänge nicht ordnungsgemäß durchgeführt werden.
Um eine hochgradig genaue Kalibrierung durchzuführen, wird es bevorzugt, dass Teile der Kalibrierungsdaten so weit wie möglich voneinander entfernt sind. Bei der RRR-Kalibrierung, bei der unterschiedliche Teile von Kalibrierungsdaten abhängig von der Reflexionsphase basierend auf dem Kurzschlussstandard erhalten werden, wird es bevorzugt, die Bedingung zu übernehmen, bei der die Phasendifferenz zwischen den Positionen, an denen der Kurzschlussstandard angeschlossen wird, zwischen 70° und 145° beträgt.
Je größer die Phasendifferenz zwischen den Kalibrierungsstandards ist, desto höher ist die Genauigkeit der Kalibrierung. Der Frequenzbereich, der durch ein Paar von Kalib rierungsstandards gehandhabt werden kann, wird jedoch eng, und es wird somit notwendig, viele Kalibrierungsstandards zu messen, um eine Breitbandmessung durchzuführen. In dem Fall einer TRL-Kalibrierung, die die Phasendifferenz zwischen Kalibrierungsstandards verwendet, um eine Kalibrierung durchzuführen, ist es wie bei der RRR-Kalibrierung nötig, dass eine Phasendifferenz von 20° bis 30° oder mehr zwischen Kalibrierungsstandards vorliegt, um eine zufrieden stellende Messgenauigkeit zu erreichen.
Im Gegensatz dazu wird, wenn die Phasendifferenz zwischen den Positionen, an denen der Kurzschlussstandard angeschlossen wird, zwischen 70° und 145° beträgt, obwohl die Kalibrierungsgenauigkeit hoch wird, der Frequenzbereich, der durch ein Paar von Kalibrierungsstandards gehandhabt werden kann, sehr eng verglichen mit dem oben genannten Fall. Wie es jedoch im Folgenden beschrieben ist, wird, wenn die Einstellung der Positionen, an denen der Kurzschlussstandard angeschlossen wird, sehr einfach ist, und wenn die gemessenen Daten bei der Kalibrierung zur vollen Verwendung gebracht werden, die Anzahl von Malen, die der Kurzschlussstandard gemessen wird, nicht stark erhöht, sogar in dem Fall einer Breitbandmessung, was deshalb kein praktisches Problem darstellt.
Zuerst wird die zweite Position, an der der Kurzschlussstandard gemessen wird, an der die Phase bei der oberen Grenzmessfrequenz etwa 145° beträgt, erhalten. Insbesondere wird die zweite Position unter Verwendung der folgenden Gleichung erhalten: [Gleichung 12]
wobei β [rad/mm] eine Phasenkonstante ist, und L [mm] eine Position ist, an der der Kurzschlussstandard gemessen wird.
Dann wird die dritte Position, an der der Kurzschlussstandard gemessen wird, auf 2L [mm] gesetzt, und die vierte Position, an der der Kurzschlussstandard gemessen wird, wird auf 4L [mm] gesetzt. Auf ähnliche Weise wird die n-te Position, an der der Kurzschlussstandard gemessen wird, auf 2^n–2L [mm] gesetzt.
Bei dem Frequenzband von der oberen Grenzmessfrequenz f_max bis f_max/2 wird die RRR-Kalibrierung unter Verwendung der Ergebnisse von Messungen durchgeführt, die an der ersten, zweiten und dritten Position vorgenommen werden, an denen der Kurzschlussstandard gemessen wird. Bei dem Frequenzband von f_max/2 bis f_max/4 werden die Ergebnisse von Messungen verwendet, die an der ersten, dritten und vierten Position vorgenommen werden, an denen der Kurzschlussstandard gemessen wird. Auf ähnliche Weise werden bei einem n-ten Frequenzband, nämlich dem Frequenzband von f_max/2^n–1 bis f_max/2ⁿ, die Ergebnisse von Messungen verwendet, die an der ersten, (n+1)-ten und (n+2)-ten Position vorgenommen werden, an denen der Kurzschlussstandard gemessen wird. Dementsprechend bleibt die Phasendifferenz zwischen den Positionen, an denen der Kurzschlussstandard gemessen wird, zwischen 70° und 145°.
Ausführungsbeispiel 2
11 zeigt ein Beispiel eines Kalibrierungsverfahrens, das einen Kalibrierungsstandard verwendet, der sich von dem Kurzschlussstandard unterscheidet. Die Messanordnung 11, die hier verwendet wird, ist die gleiche wie diejenige des ersten Ausführungsbeispiels.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird, um eine Kalibrierung durchzuführen, der Kurzschlussstandard 10 verwendet, um über den Signalleiter 12a und den Masseleiter 12b kurz zuschließen. Es ist jedoch nur notwendig, dass der Signalleiter 12a mit dem Masseleiter 12b verbunden ist, um irgendeine Art eines Reflexionszustands zu erreichen. Ein Kalibrierungsstandard 18 mit einem Übertragungskoeffizienten kann statt des Kurzschlussstandards 10 verwendet werden.
In diesem Fall wird ein Abschlusswiderstand 19, dessen Widerstandswert nahe der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung 12 ist, zwischen das Leerlaufende des Signalleiters 12a und den Masseleiter 12b geschaltet. Aufgrund des Abschlusswiderstands 19 wird ein so genannter „Anpassungs"-Zustand erreicht, und ein Signal, das durch den Signalleiter 12a übertragen wird, wird nicht reflektiert, sondern an dem Leerlaufende absorbiert. In diesem Zustand wird der Kalibrierungsstandard 18 mit zumindest drei Punkten an der Übertragungsleitung 12 verbunden, wodurch eine Kalibrierung durchgeführt wird. P1 bis P4 sind Positionen, an denen der Kalibrierungsstandard 18 verbunden wird, und L₁ bis L₃ sind Entfernungen von dem Messpunkt 1 jeweils zu den Messpunkten 2 bis 4.
Der Kalibrierungsstandard 18, der hier verwendet wird, umfasst anstelle des Kurzschlussstandards 10 eine Vorrichtung mit einem Übertragungskoeffizienten (z. B. einen Chipwiderstand). In diesem Fall geht ein Teil eines Signals, das in den Signalleiter 12a eintritt, durch einen Abschnitt, der sich in Verbindung mit dem Kalibrierungsstandard 18 befindet, hindurch und erreicht das Leerlaufende des Signalleiters 12a. Aufgrund des Abschlusswiderstands 19 wird das Signal jedoch nicht reflektiert, sondern an dem Leerlaufende absorbiert. Somit sind selbst dann, wenn eine Chipvorrichtung als der Kalibrierungsstandard 18 verwendet wird, deren Übertragungskoeffizient ziemlich groß ist, Fehler klein, und eine hohe Kalibrierungsgenauigkeit kann erreicht werden.
Ausführungsbeispiel 3
Bei der RRR-Kalibrierung werden Fehlerfaktoren nur bis zu der Spitze der Anordnung oder der Übertragungsleitung entfernt. Zum Beispiel werden die Effekte einer Streuadmittanz, eines Kontaktwiderstands, einer Restinduktivität oder dergleichen zwischen den Testobjektverbindungspunkten nicht beseitigt. Wenn davon ausgegangen wird, dass dieselben große Effekte haben, können die Effekte durch ein Durchführen einer Leerlauf-/Kurzschluss-Kalibrierung nach der RRR-Kalibrierung vermindert werden.
12 zeigt ein Modell der Leerlauf-/Kurzschluss-Kalibrierung. In der Zeichnung bezeichnet Γm einen beobachteten Reflexionskoeffizienten auf der Kalibrierungsebene, Zp bezeichnet eine Streuadmittanz, und Zs bezeichnet eine Restimpedanz. Zd bezeichnet die Impedanz eines Testobjekts. Ein Reflexionskoeffizient, der aufgrund der Impedanz des Testobjekts erzeugt wird, soll gemessen werden.
Wenn der Testobjektmesspunkt leerlaufend ist, kann von Zp >> Zs ausgegangen werden. Der Reflexionskoeffizient Γp, der in diesem Fall beobachtet wird, wird im Wesentlichen durch Zp bestimmt. Wenn der Testobjektmesspunkt kurzgeschlossen wird, kann von Zd << Zp ausgegangen werden. Der Reflexionskoeffizient Γs, der in diesem Fall beobachtet wird, wird im Wesentlichen durch Zs bestimmt. Werden diese verwendet, wird der Reflexionskoeffizient, der durch Zd erzeugt wird, unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet, wobei es sich um eine Gleichung zum Durchführen einer Leerlauf-/Kurzschluss-Kalibrierung handelt: [Gleichung 13]
Bei Gleichung 13 wird angenommen, dass die idealen Leerlauf- und Kurzschlusszustände realisiert sind. Tatsächlich ist die Leerlauf-/Kurzschluss-Kalibrierung eine relativ grobe Kalibrierung. In vielen Fällen scheint es, dass eine Verringerung der Kalibrierungsgenauigkeit aufgrund dieser Annahme nicht zu bemerken ist. Zum Beispiel wird, wenn die Impedanz des Kalibrierungsstandards, der zum Kurzschließen der Übertragungsleitung verwendet wird, bekannt ist, dies berücksichtigt, um Γs zu berechnen, wodurch die Kalibrierungsgenauigkeit durch ein Berechnen von Gleichung 13 verbessert wird.
Ausführungsbeispiel 4
Mit der RRR-Kalibrierung allein können Fehler des gesamten Messsystems korrigiert werden. Im Gegensatz dazu sind, wenn die RRR-Kalibrierung durchgeführt wird, nachdem das Koaxialkabel, das mit der Messanordnung verbunden sind, unter Verwendung der SOLT-Kalibrierung oder dergleichen kalibriert worden ist, die erhaltenen Fehlerkoeffizienten Fehlerkoeffizienten der Anordnungsplatine. Das heißt, die RRR-Kalibrierung kann als ein Verfahren zum Identifizieren der Fehlerfaktoren der Anordnung verwendet werden.
Aktuelle Netzwerkanalysatoren sind mit einer Funktion (Entbettungsfunktion) zum automatischen Entfernen der Effekte von gegebenen Fehlern aus den Messergebnissen, wenn die Fehlerkoeffizienten der Anordnung oder dergleichen gegeben sind, ausgestattet. Da es kein Verfahren gibt, um Fehler der Anordnung zu erhalten, wird diese Funktion tatsächlich nicht oft verwendet. Wenn jedoch diese Funktion mit der RRR-Kalibrierung gemäß der vorliegenden Erfindung kombiniert wird, wird diese Funktion eine sehr praktische Funktion.
Entbetten ist eine Technik zum mathematischen Entfernen bekannter Fehlerfaktoren und wird ohne Weiteres unter Verwendung einer Übertragungsmatrix implementiert. Eine Streukoeffizientenmatrix der erhaltenen Fehlerfaktoren der Anordnung wird zu einer Übertragungsmatrix umgewandelt, und eine inverse Matrix der Übertragungsmatrix wird berechnet. Es sei E^–1 die inverse Matrix der Übertragungsmatrix, und es sei E die Übertragungsmatrix der Fehlerfaktoren der Anordnung. Ferner sei A eine Übertragungsmatrix einer Vorrichtung. Die Ergebnisse des Messens der Vorrichtung einschließlich der Anordnung unter Verwendung des Netzwerkanalysators, der bis zu der Spitze des Koaxialkabels kalibriert ist, umfassen Fehler an jedem Tor, die den Charakteristika der Vorrichtung überlagert sind, und somit soll E·Agemessen worden sein. Dies wird mit E^–1 und F^–1 von der linken und rechten Seite multipliziert: E–1·E·A = A
Somit werden die Charakteristika der Vorrichtung erhalten.
Mit der Entbettungstechnik wird die RRR-Kalibrierungsprozedur, die die hochgradig genaue Positionierung des Kalibrierungsstandards oder dergleichen erfordert, in einer Laborumgebung durchgeführt, um Fehlerfaktoren jeder Anordnung mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Bei einem Massenproduktionsschritt können Vorrichtungen unter Verwendung einer Anordnung, deren Fehlerfaktoren bereits bekannt sind, massengefertigt werden. Es erübrigt sich, darauf hinzuweisen, dass die Fehler der Anordnung durch ein Entbetten der Fehlerfaktoren, die im Labor erhalten werden, entfernt werden.
Dementsprechend kann das RRR-Verfahren ohne ein Vorbereiten von Einrichtungen zum Positionieren des Kalibrierungsstandards mit hoher Genauigkeit bei jedem Prozess ausgeführt werden. Dies ist hinsichtlich der Kosten und der Produktionssteuerung vorteilhaft.
Ausführungsbeispiel 5
Die Messvorrichtung ist mit einem Computer und einer eigens vorgesehenen Software ausgestattet. Wenn die Restinduktivität des Kalibrierungsstandards, Parameter (Phasenkonstante β[rad/mm] und Übertragungsverlust δ[dB/Hz]) der Übertragungsleitung und die Kontaktpositionen des Kalibrierungsstandards eingegeben werden, berechnet der Computer automatisch die Kalibrierungsstandardcharakteristika an jeder Position auf der Basis der Gleichungen 1 und 2, die bei Kalibrierungsberechnungen unter Verwendung der Gleichungen 10 bis 12 verwendet werden können. Kurz gesagt wird es ermöglicht, dass der Netzwerkanalysator automatisch die Werte des Kalibrierungsstandards schätzt und eine RRR-Kalibrierung durchführt.
Bei einem Vorrichtungsprüfprozess, der bei einer Massenfertigungsfabrik durchgeführt wird, muss eine Bedienungsperson oder dergleichen nicht die Werte des Kalibrierungsstandards berechnen, und die RRR-Kalibrierung kann nur mit der Messvorrichtung durchgeführt werden. Somit kann der Prozess vereinfacht werden.
Ausführungsbeispiel 6
Die Restinduktivität des Kalibrierungsstandards (z. B. Kurzschlussstandard) kann aufgrund hoher Frequenzen einen großen Einfluss haben, und selbst wenn der kurzgeschlossene Kalibrierungsstandard (Kurzschlussstandard) mit der Übertragungsleitung verbunden ist, kann es sein, dass die Übertragungsleitung nicht ausreichend kurzgeschlossen wird (keine Totalreflexion wird erreicht).
In diesem Fall wird es, wie es in Abschnitt (a) von 13 gezeigt ist, bevorzugt, dass ein Kalibrierungsstandard 25 über der Übertragungsleitung 12 mit einem Zwischenraum dazwischen platziert wird, und dass die Kapazität C[F], die zwischen der Übertragungsleitung und dem Kalibrierungsstan dard erzeugt wird, und die Restinduktivität L[H] des Kalibrierungsstandards sich in einem Reihenresonanzzustand befinden. In diesem Fall wird es eingestellt, um C = 1/(2πf√L) zu erfüllen.
Anstatt die Streukapazität zwischen dem Kalibrierungsstandard und der Übertragungsleitung zu verwenden, wie es in Abschnitt (b) von 13 gezeigt ist, kann ein Kalibrierungsstandard 26 in Kontakt mit der Übertragungsleitung 12 platziert werden, wodurch eine Reihenresonanz erzeugt wird. In diesem Fall kann es sich bei dem Kalibrierungsstandard 26 um einen Kondensator mit einer sehr geringen Kapazität handeln.
Bei dem Reihenresonanzzustand beträgt die Impedanz eines Abschnitts, der sich in Kontakt mit dem Kalibrierungsstandard befindet, 0 Ω, d. h. ein idealer Kurzschlusszustand wird erreicht. In anderen Worten kann sogar bei hohen Frequenzen, bei denen ein zufrieden stellender Kurzschlussstandard nicht erhalten wird, der gleiche Vorteil wie derjenige des Verwendens eines zufrieden stellenden Kurzschlussstandards erreicht werden.
Ausführungsbeispiel 7
Bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wurden die Fälle beschrieben, bei denen der koplanare Wellenleiter als die Übertragungsleitung verwendet wird. Alternativ dazu kann, wie es in 14 gezeigt ist, eine Schlitzleitung 30 verwendet werden. Die Schlitzleitung 30 umfasst einen Signalleiter 31 und einen Masseleiter 32, die auf der gleichen Ebene auf einer Anordnungsplatine 33 mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet sind. Ein Verbinder 34 ist an einem ersten Ende der Anordnungsplatine 33 angeordnet. In diesem Fall wird eine Testobjekt zwischen den Signalleiter 31 und den Masseleiter 32 geschaltet, und elektrische Charakteristika werden gemessen.
Das Verfahren zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf den Netzwerkanalysator beschränkt. Eine beliebige Vorrichtung, die elektrische Hochfrequenzcharakteristika messen kann, kann als die Messvorrichtung verwendet werden.
Obwohl der Kalibrierungsstandard an der Testobjektmessposition gemessen wird, muss der Kalibrierungsstandard nicht an der Testobjektmessposition gemessen werden. In diesem Fall werden drei oder mehr Messungen des Kalibrierungsstandards alle unter Verwendung von Gleichung 1 ausgedrückt.
Die Übertragungsleitung ist nicht auf die planare Übertragungsleitung beschränkt. Eine Übertragungsleitung mit einer beliebigen Struktur kann verwendet werden, solange der Kalibrierungsstandard damit verbunden werden kann und das Testobjekt zwischen den Signalleiter und den Masseleiter geschaltet werden kann.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde, weist ein Verfahren zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile auf.

(1) Da eine Übertragungsleitung zur Verwendung bei einer Kalibrierung die gleiche ist wie eine Übertragungsleitung zur Verwendung bei einem Messen eines Testobjekts, ist es weniger wahrscheinlich, dass das Verfahren durch Schwankungen der Übertragungsleitung beeinflusst wird. Verbindungen zwischen der Übertragungsleitung und einer Messvorrichtung werden bei der Kalibrierung und bei der tatsächlichen Messung festge macht, und es besteht keine Notwendigkeit, eine erneute Verbindung herzustellen. Es gibt keine Kalibrierungsfehler oder dergleichen aufgrund eines schlechten Kontakts mit der Übertragungsleitung oder dergleichen.
(2) Eine hochgradig genaue Messung nur von Charakteristika eines Testobjekts kann durchgeführt werden, ohne dass dieselbe durch Fehler einer Anordnung oder dergleichen beeinflusst wird. Bei einem Gerät zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren, das beim genauen Messen von Streukoeffizienten oder der Impedanz einer Zwei-Anschluss-Impedanzvorrichtung, wie z. B. eines Chipinduktors oder eines Chipkondensators, oder einer Vorrichtung, wie z. B. einer Antenne, hochgradig wirksam ist.
(3) Da das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kalibrierungsverfahren unter Verwendung eines Reflexionsverfahrens ist, ist es nur nötig, dass die Messvorrichtung ein Tor aufweist. Eine derartige Messvorrichtung ist kostengünstig, und die Kalibrierungsoperation ist einfach.

Zusammenfassung
[Zusammenfassung] Ein Signalleiter 12a, dessen erstes Ende ein Leerlaufende ist, und ein Masseleiter 12b sind mit zugeordneten Messtoren eines Netzwerkanalysators 20 verbunden. Ein Kurzschlussstandard 10 wird zwischen den Signalleiter 12a und den Masseleiter 12b an zumindest drei Punkten in der longitudinalen Richtung des Signalleiters 12a geschaltet, und elektrische Charakteristika werden gemessen, wodurch Fehlerfaktoren eines Messsystems, das eine Übertragungsleitung umfasst, berechnet werden. Eine zu messende elektronische Vorrichtung 17 wird zwischen den Signalleiter 12a und den Masseleiter 12b geschaltet, und eine elektrische Charakteristik wird gemessen. Die Fehlerfaktoren des Messsystems werden von dem gemessenen Wert der zu messenden elektronischen Vorrichtung 17 entfernt, wodurch ein echter Wert der elektrischen Charakteristik der zu messenden elektronischen Vorrichtung 17 erhalten wird. Dementsprechend kann ein hochgradig genaues Verfahren zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika, das ein Reflexionsverfahren verwendet und das nicht durch Verbindungsschwankungen beeinflusst wird, implementiert werden.

Claims

Ein Verfahren zum Messen von Hochfrequenzcharakteristika einer elektronischen Vorrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: einen Schritt eines Vorbereitens einer Übertragungsleitung, deren elektrische Charakteristika pro Längeneinheit bekannt sind, wobei die Übertragungsleitung einen Signalleiter, dessen erstes Ende ein Leerlaufende ist, und einen Masseleiter umfasst; einen Schritt eines Verbindens eines zweiten Endes des Signalleiters und des Masseleiters mit zugeordneten Messtoren einer Messvorrichtung; einen Schritt eines Messens einer elektrischen Charakteristik in einem Verbindungszustand, bei dem der Signalleiter mit dem Masseleiter verbunden ist, an zumindest drei Punkten in der longitudinalen Richtung des Signalleiters; einen Schritt eines Erhaltens von Fehlerfaktoren eines Messsystems, das die Übertragungsleitung umfasst, auf der Basis von gemessenen Werten in dem Verbindungszustand und der elektrischen Charakteristika der Übertragungsleitung; einen Schritt eines Schaltens der zu messenden elektronischen Vorrichtung zwischen das Leerlaufende des Signalleiters und den Masseleiter und eines Messens einer elektrischen Charakteristik; und einen Schritt eines Entfernens der Fehlerfaktoren des Messsystems von einem gemessenen Wert der zu messenden elektronischen Vorrichtung und eines Erhaltens eines echten Werts der elektrischen Charakteristik der zu messenden elektronischen Vorrichtung.
Ein Verfahren zum Messen von Hochfrequenzcharakteristika einer elektronischen Vorrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: einen Schritt eines Vorbereitens einer Übertragungsleitung, deren elektrische Charakteristika pro Längeneinheit unbekannt sind, wobei die Übertragungsleitung einen Signalleiter, dessen erstes Ende ein Leerlaufende ist, und einen Masseleiter umfasst; einen Schritt eines Verbindens eines zweiten Endes des Signalleiters und des Masseleiters mit zugeordneten Messtoren einer Messvorrichtung; einen Schritt eines Messens einer elektrischen Charakteristik in einem Verbindungszustand, bei dem der Signalleiter mit dem Masseleiter verbunden ist, an zumindest vier Punkten in der longitudinalen Richtung des Signalleiters; einen Schritt eines Erhaltens von Fehlerfaktoren eines Messsystems, das die Übertragungsleitung umfasst, und der elektrischen Charakteristika der Übertragungsleitung auf der Basis von gemessenen Werten in dem Verbindungszustand; einen Schritt eines Schaltens der zu messenden elektronischen Vorrichtung zwischen das Leerlaufende des Signalleiters und den Masseleiter und eines Messens einer elektrischen Charakteristik; und einen Schritt eines Entfernens der Fehlerfaktoren des Messsystems von einem gemessenen Wert der zu messenden elektronischen Vorrichtung und eines Erhaltens eines echten Werts der elektrischen Charakteristik der zu messenden elektronischen Vorrichtung.
Das Verfahren zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Kurzschlussstandard in Kontakt mit dem Signalleiter und dem Masseleiter gebracht wird, um den Signalleiter mit dem Masseleiter zu verbinden.
Das Verfahren zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Messens der elektrischen Charakteristik in dem Verbindungszustand, bei dem der Signalleiter mit dem Masseleiter verbunden ist, in einem Zustand durchgeführt wird, bei dem ein Abschlusswiderstand, dessen Widerstandswert nahe einer charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung ist, zwischen den Signalleiter und den Masseleiter geschaltet ist.
Das Verfahren zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Kalibrierungsstandard in Kontakt oder Beinahekontakt mit dem Signalleiter und dem Masseleiter gebracht wird, um den Signalleiter mit dem Masseleiter zu verbinden, und eine Reihenresonanz zwischen einer Kapazität des Kalibrierungsstandards oder einer Kapazität zwischen dem Kalibrierungsstandard und der Übertragungsleitung und einer Restinduktivität des Kalibrierungsstandards erzeugt wird.
Das Verfahren zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Schritt des Erhaltens der Fehlerfaktoren des Messsystems, das die Übertragungsleitung umfasst, unter Verwendung der folgenden Gleichungen ausgeführt wird: [Gleichung 10]
wobei Γ_A1 ein Reflexionskoeffizient an einer ersten Messposition ist, Γ_A2 ein Reflexionskoeffizient an einer zweiten Messposition ist, Γ_A3 ein Reflexionskoeffizient an einer dritten Messposition ist, S_11M1 ein gemessener Wert an der ersten Messposition ist, S_11M2 ein gemessener Wert an der zweiten Messposition ist, S_11M3 ein gemessener Wert an der dritten Messposition ist und E₁₁, E₁₂ und E₂₂ die Fehlerfaktoren des Messsystems sind.
Das Verfahren zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika gemäß Anspruch 5, bei dem der Schritt des Entfernens der Fehlerfaktoren des Messsystems von dem gemessenen Wert der zu messenden elektronischen Vorrichtung und des Erhaltens des echten Werts der elektrischen Charakteristik der zu messenden elektronischen Vorrichtung unter Verwendung der folgenden Gleichung ausgeführt wird: [Gleichung 11]
wobei S_11A ein Reflexionskoeffizient der zu messenden elektronischen Vorrichtung ist,
Das Verfahren zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Übertragungsleitung den Signalleiter und den Masseleiter umfasst, die auf der gleichen Ebene angeordnet sind.
Das Verfahren zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika gemäß Anspruch 8, bei dem die Übertragungsleitung ein koplanarer Wellenleiter ist, der den Signalleiter und den Masseleiter umfasst, um zwei Seiten und das Leerlaufende des Signalleiters zu umgeben.
Das Verfahren zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika gemäß Anspruch 8, bei dem die Übertragungsleitung eine Schlitzleitung ist, die den Signalleiter und den Masseleiter umfasst, die mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet sind.
Das Verfahren zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem jede Position, an der die elektrische Charakteristik in einem Zustand gemessen wird, bei dem der Signalleiter und der Masseleiter kurzgeschlossen sind, eine Position ist, an der eine Phasendifferenz zwischen den Positionen zwischen 70° und 145° liegt.
Ein Gerät zum Messen von Hochfrequenzcharakteristika einer elektronischen Vorrichtung, wobei das Gerät folgende Merkmale aufweist: eine Übertragungsleitung, deren elektrische Charakteristika pro Längeneinheit bekannt sind, wobei die Ü bertragungsleitung einen Signalleiter, dessen erstes Ende ein Leerlaufende ist, und einen Masseleiter umfasst; eine Messvorrichtung, die elektrische Hochfrequenzcharakteristika messen kann, wobei die Messvorrichtung ein Messtor, das mit einem zweiten Ende des Signalleiters verbunden ist, und ein Messtor, das mit dem Masseleiter verbunden ist, umfasst; eine Einrichtung zum Herstellen eines Verbindungszustands, bei dem der Signalleiter mit dem Masseleiter verbunden ist, an zumindest drei Punkten in der longitudinalen Richtung des Signalleiters; eine Einrichtung zum Erhalten von Fehlerfaktoren eines Messsystems, das die Übertragungsleitung umfasst, auf der Basis von gemessenen Werten in dem Verbindungszustand und der elektrischen Charakteristika der Übertragungsleitung; eine Einrichtung zum Schalten der zu messenden elektronischen Vorrichtung zwischen das Leerlaufende des Signalleiters und den Masseleiter; und eine Einrichtung zum Entfernen der Fehlerfaktoren des Messsystems von einem gemessenen Wert, der durch ein Schalten der zu messenden elektronischen Vorrichtung zwischen das Leerlaufende des Signalleiters und den Masseleiter erhalten wird, und zum Erhalten eines echten Werts der elektrischen Charakteristik der zu messenden elektronischen Vorrichtung.
Ein Gerät zum Messen von Hochfrequenzcharakteristika einer elektronischen Vorrichtung, wobei das Gerät folgende Merkmale aufweist: eine Übertragungsleitung, deren elektrische Charakteristika pro Längeneinheit unbekannt sind, wobei die Übertragungsleitung einen Signalleiter, dessen erstes Ende ein Leerlaufende ist, und einen Masseleiter umfasst; eine Messvorrichtung, die elektrische Hochfrequenzcharakteristika messen kann, wobei die Messvorrichtung ein Messtor, das mit einem zweiten Ende des Signalleiters verbunden ist, und ein Messtor, das mit dem Masseleiter verbunden ist, umfasst; eine Einrichtung zum Herstellen eines Verbindungszustands, bei dem der Signalleiter mit dem Masseleiter verbunden ist, an zumindest vier Punkten in der longitudinalen Richtung des Signalleiters; eine Einrichtung zum Erhalten von Fehlerfaktoren eines Messsystems, das die Übertragungsleitung umfasst, und der elektrischen Charakteristika der Übertragungsleitung auf der Basis von gemessenen Werten in dem Verbindungszustand; eine Einrichtung zum Schalten der zu messenden elektronischen Vorrichtung zwischen das Leerlaufende des Signalleiters und den Masseleiter; und eine Einrichtung zum Entfernen der Fehlerfaktoren des Messsystems von einem gemessenen Wert, der durch ein Schalten der zu messenden elektronischen Vorrichtung zwischen das Leerlaufende des Signalleiters und den Masseleiter erhalten wird, und zum Erhalten eines echten Werts der elektrischen Charakteristik der zu messenden elektronischen Vorrichtung.
Ein Verfahren zum Kalibrieren eines Geräts zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika einer e lektronischen Vorrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: einen Schritt eines Vorbereitens einer Übertragungsleitung, deren elektrische Charakteristika pro Längeneinheit bekannt sind, wobei die Übertragungsleitung einen Signalleiter, dessen erstes Ende ein Leerlaufende ist, und einen Masseleiter umfasst; einen Schritt eines Verbindens eines zweiten Endes des Signalleiters und des Masseleiters mit zugeordneten Messtoren einer Messvorrichtung; einen Schritt eines Messens einer elektrischen Charakteristik in einem Verbindungszustand, bei dem der Signalleiter mit dem Masseleiter verbunden ist, an zumindest drei Punkten in der longitudinalen Richtung des Signalleiters; und einen Schritt eines Erhaltens von Fehlerfaktoren eines Messsystems, das die Übertragungsleitung umfasst, auf der Basis von gemessenen Werten in dem Verbindungszustand und der elektrischen Charakteristika der Übertragungsleitung.
Ein Verfahren zum Kalibrieren eines Geräts zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika einer elektronischen Vorrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: einen Schritt eines Vorbereitens einer Übertragungsleitung, deren elektrische Charakteristika pro Längeneinheit unbekannt sind, wobei die Übertragungsleitung einen Signalleiter, dessen erstes Ende ein Leerlaufende ist, und einen Masseleiter umfasst; einen Schritt eines Verbindens eines zweiten Endes des Signalleiters und des Masseleiters mit zugeordneten Messtoren einer Messvorrichtung; einen Schritt eines Messens einer elektrischen Charakteristik in einem Verbindungszustand, bei dem der Signalleiter mit dem Masseleiter verbunden ist, an zumindest vier Punkten in der longitudinalen Richtung des Signalleiters; und einen Schritt eines Erhaltens von Fehlerfaktoren eines Messsystems, das die Übertragungsleitung umfasst, und der elektrischen Charakteristika der Übertragungsleitung auf der Basis von gemessenen Werten in dem Verbindungszustand.
Eine elektronische Vorrichtung, deren elektrische Hochfrequenzcharakteristik unter Verwendung eines Messverfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 gemessen wird.
Ein Gerät zum Messen von elektrischen Hochfrequenzcharakteristika, das unter Verwendung eines Kalibrierungsverfahrens gemäß Anspruch 14 oder 15 kalibriert wird.