SU949545A1

SU949545A1 - Device for measuring linear four-terminal network complex i and s parameters

Info

Publication number: SU949545A1
Application number: SU803224705A
Authority: SU
Inventors: Валерий Иванович Диденко; Владимир Михайлович Жеребцов
Original assignee: Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Энергетический Институт
Priority date: 1980-12-29
Filing date: 1980-12-29
Publication date: 1982-08-07

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения проводимости интегральных схем и транзисторов в широком диапазоне частот, в режимах короткого замыкания на входе и на выходе .The invention relates to measuring technique and can be used to measure the conductivity of integrated circuits and transistors in a wide frequency range, in short circuit modes at the input and output.

Известны устройства·для измерения комплексных параметров линейных четырехполюсников С1].Known devices · for measuring complex parameters of linear quadripoles C1].

Однако эти устройства имеют низкую точность измерений, обусловленную методической погрешностью.However, these devices have low measurement accuracy due to methodological error.

Известно также устройство для измерения комплексных параметров рассе- 15 яния четырехполюсника, содержащее контактный узел для подключения исследуемого четырехполюсника, коммутатор, состоящий из управляющих ключей и программного блока, выходы последнего соединены с управляющими входами управляемых ключей, ичтояник ЭДС переменного тока, выход которого с опорным каналом векторного вольтметра соединен с входом первого и второго управ- . 25 ляемых ключей, другой вход первого й выход второго управляемых ключей соединены с корпусом, выход первого , управляемого ключа соединен с первым Ьбразцовым резистором, а другой вход 30 второго управляемого ключа соединен с вторым образцовым резистором, измерительный канал векторного вольтметра соединен с выходом пятого и шестого управляемых ключей. Второй вывод первого образцового резистора соединен с входом третьего и пятого управляемых ключей, а второй вывод второго· образцового резистора соединен с выходом четвертого и входом шестого управляемых ключей. Выход третьего и вход четвертого управляемых ключей подключен соответственно к входу и выходу иссле- . дуемого четырехполюсника [2].It is also known a device for measuring complex parameters of the scattering of a four-terminal network, containing a contact node for connecting the studied four-terminal network, a switch consisting of control keys and a software unit, the outputs of the latter are connected to the control inputs of the controlled keys, and an alternating current emf with an output channel vector voltmeter connected to the input of the first and second control-. 25 keys, the other input of the first output of the second managed key is connected to the housing, the output of the first controlled key is connected to the first resistor, the other input 30 of the second key is connected to the second model resistor, the measuring channel of the vector voltmeter is connected to the output of the fifth and sixth managed keys. The second output of the first exemplary resistor is connected to the input of the third and fifth controlled keys, and the second output of the second exemplary resistor is connected to the output of the fourth and input of the sixth controlled key. The output of the third and the input of the fourth managed keys are connected respectively to the input and output of the studied. blown four-terminal [2].

Однако известное устройство за счет дополнительных измерительных операций, хотя и обеспечивает устранение методической погрешности, но имеет низкое быстродейсвтие и малую точность измерений из-за большой инструментальной . погрешности.However, the known device due to additional measurement operations, although it eliminates the methodological error, but has a low speed and low measurement accuracy due to the large instrumental. inaccuracies.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерений.The purpose of the invention is to increase the speed and accuracy of measurements.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения комплексных V и S-параметров линейных четырехполюсников, содержащее контактный узел с двумя входными клеммами, коммутатор, включающий шесть управляемых ключей и программный блок, вход которого сое3 динен с выходом источника питания, а выходы соединены с соответствующими управляющими входами ключей,, источник напряжения переменного тока, выход которого соединен с опорным входом векторного вольтметра и входами первого 5 и второго управляемых ключей, второй вход первого и выход второго которых соединены с корпусом, а выход первого управляемого ключа соединен с одним Зз выводов первого образцового ре- 10 истора, а второй вход второго управляемого ключа соединен с одним из выводов второго 'образцового резистора, измерительный вход векторного вольтметра соединен с выходом пятого |5 и шестого управляемых ключей, введены третий и четвертый образцовые резисторы и седьмой и восьмой управляемые ключи, управляющими входами подключенные к соответствующим выходам программного блока, при этом выход первого управляемого ключа соединен с входом третьего управляемого· ключа,, выход которого соединен с вторым, вывол дом первого образцового резистора и' входом седьмого управляемого ключа, выход последнего подключен к входу пятого управляемого ключа и первой входной клемме контактного узла, третий образцовый, резистор подключен между входом и выходом седьмого управляемого ключа, а второй вход второго управляемого ключа соединен с выходом четвертого управляемого ключа, вход которого соединен с вторым вы- ,. 'водом второго образцового резистора 35 и выходом восьмого управляемого клю- _νча, вход последнего соединен с входом шестого управляемого ключа и второй входной клеммой контактного узла, а четвертый образцовый резистор вклю-ДО чей между входом и выходом восьмого , управляемого ключа. На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит контактный узел 1,для подключения исследуемого четырехполюсника 2, коммутатор, состоящий из управляемых ключей 4-11 и программного блока .12,' выходы последнего соединены с управляющими входами управляемых ключей 4-11, источник 13 напряжения переменного тока, выход которого подключен к опдрному входу векторного вольтметра 14, источник 19 питания и входные клеммы 20 и 21 контактного узла.The goal is achieved by the fact that the device for measuring complex V and S-parameters of linear four-terminal devices contains a contact node with two input terminals, a switch that includes six controlled keys and a program unit whose input is connected to the output of the power source, and the outputs are connected to the corresponding control inputs of keys, an AC voltage source whose output is connected to the reference input of a vector voltmeter and the inputs of the first 5 and second controlled keys, the second input of the first and the output of the second of which are connected to the housing, and the output of the first controlled key is connected to one of the 3 leads of the first model resistor, and the second input of the second controlled key is connected to one of the terminals of the second 'model resistor, the measuring input of the vector voltmeter is connected to the output of the fifth | 5th and sixth controlled keys, introduced the third and fourth exemplary resistors and the seventh and eighth managed keys, control inputs connected to the corresponding outputs of the software unit, while the output of the first managed key is connected is connected to the input of the third controlled key, the output of which is connected to the second, the output of the first exemplary resistor and the input of the seventh controlled key, the output of the latter is connected to the input of the fifth controlled key and the first input terminal of the contact node, the third exemplary, the resistor is connected between the input and the output of the seventh managed key, and the second input of the second managed key is connected to the output of the fourth managed key, the input of which is connected to the second output. 'by the water of the second exemplary resistor 35 and the output of the eighth controlled key _ν h, the input of the latter is connected to the input of the sixth controlled key and the second input terminal of the contact node, and the fourth exemplary resistor is ON-BETWEEN between the input and output of the eighth controlled key. The drawing shows a structural diagram of the proposed device. The device contains a contact node 1, for connecting the studied four-terminal 2, a switch, consisting of controlled keys 4-11 and a software unit .12, 'the outputs of the latter are connected to the control inputs of the controlled keys 4-11, an AC voltage source 13, the output of which is connected to optical input of the vector voltmeter 14, the power source 19 and the input terminals 20 and 21 of the contact node.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

С помощью программного блока 12 производится; подключение управляемых ключей 4-11 по определенной программе к источнику 19 питания. При этом опорный вход векторного вольтметра 14 при прямом и обратной включении четырехполюсника 2 постоянно подсоединен к источнику 13 напряже’ния переменного тока и регистрирует напряжение.на его выходе. В прямом включении четырехполюсника вольтметр 14 измеряет напряжение Е^, а .Using the software block 12 is made; the connection of the managed keys 4-11 in a specific program to the power source 19. In this case, the reference input of the vector voltmeter 14 with direct and reverse connection of the four-terminal 2 is constantly connected to the AC voltage source 13 and registers the voltage at its output. In the direct connection of the four-terminal, the voltmeter 14 measures the voltage E ^ a.

при обратном включении - Е^.when turned back on - E ^.

При срабатывании управляемых ключей 4, 7, 9 и 10 сигнал от источника 13 напряжения переменного тока через контактны управляемого ключа 4, образцовый резистор 15 и контактны управляемого ключа 10 подается на вход четырехполюсника 2, выход которого нагружается на резистор 18, подключаемый к корпусу через контакты управляемого ключа 7 и нормально замк-нутые контактны управляемого ключа 5. Измерительный вход векторного вольтметра 14 подключается через контактны ключа 9 к резистору 18.^Вольтметром 14 регистрируется комплексное напряжение на выходе четырехполюсника 2.When the managed keys 4, 7, 9 and 10 are triggered, the signal from the AC voltage source 13 through the contact controlled key 4, the model resistor 15 and the contact controlled key 10 is fed to the input of the four-terminal 2, the output of which is loaded on the resistor 18, connected to the housing through the contacts controlled key 7 and normally closed contact controlled key 5. The measuring input of the vector voltmeter 14 is connected via contact key 9 to the resistor 18. ^ The complex voltage at the output of four ehpolyusnika 2.

При срабатывании управляемого ключа б источник напряжения переменного тока непосредственно подключается к входу четырехполюсника 2. На его выходе вольтметром 14 .измеряется комплексное напряжение .When the controlled key is triggered, the AC voltage source is directly connected to the input of the four-terminal 2. At its output, the voltmeter 14. Measures the complex voltage.

При срабатывании ключей 5, 6, 8 и 11 четырехполюсник 2 оказывается включенным в обратном направлении; ! При этом сигнал ϋτ источника 13 напряжения переменного тока через контакты ключа 5, резистор 16 и контакты ключа 11 подается на выход четырехполюсника 2, вход которого нагружа' ется на резистор 17, подключаемый к корпусу через :контак?гы< ключей 6 и 4. Измерительный вход'век^урного вольтметра 14 через контакты' ключа 8 подключается к резистору 17 'и измеряI ет комплексное напряжение на входе ; четырехполюсника 2.When the keys 5, 6, 8 and 11 are triggered, the two-terminal network 2 turns on in the opposite direction; ! In this case, the signal ϋτ of the AC voltage source 13 through the contacts of the key 5, the resistor 16 and the contacts of the key 11 is fed to the output of the four-terminal 2, the input of which is loaded onto the resistor 17 connected to the housing through: contacts? Keys <keys 6 and 4. Measuring the input of the 'current voltmeter 14 through the contacts' of the key 8 is connected to the resistor 17' and measures the complex voltage at the input; quadripole 2.

При срабатывании управляемого ключа 7 источник 13 напряжения непосред. ственно подключается к выходу четырех-? 45 полюсника 2. На его входе вольтметр 14 измеряет комплексное напряжение 0* .When the managed key 7 is activated, the voltage source 13 is direct. actually connects to the output of four? 45 pole 2. At its input, a voltmeter 14 measures the complex voltage 0 *.

На этом цикл измерения входных и выходных комплексных напряжений линейного четырехполюсника на одной частоте заканчивается. По результатам измерения комплексных напряжений по ниже приведенным формулам определяются следующие параметры четырехполюсника, например 3-параметры: _э At this point, the cycle of measuring the input and output complex voltages of the linear four-terminal network at one frequency ends. According to the results of measurement of complex voltages listed below formulas quadripole following parameters are determined, for example, 3-parameters: _e

4-fc* К*4-fc * k *

4l 11 к* к* w— (ЛИ где4l 11 k * k * w— (LI where

II

К-14.K-14.

,·>,>

ГТ Г- >GT G->

Для ‘к четырехполюсников, содержащее контактный узел с двумя входными клеммами, коммутатор, включащий шесть управляемых ключей и программный блок, вход которого соединен с выхо-^{2 3} дом источника питания, выходы соединены с соответствующими управляющими входами ключей, источник напряжения переменного тока, выход которого соединен с опорным входом векторного Ю вольтметра и входами первого и-второго управляемых ключей, второй вход первого и выход второго которых соединены с корпусом, а выход первого управляемого ключа соединен с одним .15 из выводов первого образцового резистора, второй вход второго управляемого ключа соединен с одним из выводов второго образцового резистора, измерительный вход векторного вольт20 метра соединен с выходом пятого и шестого управляемых ключей, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений, в него введены третий и четвертый образцовые резисторы, седьмой и восьмой управляемые ключи, управляющими входами подключенные к Соответствующим выходам программного блока, при этом выход первого управ20 ляемого ключа соединен с входом третьего управляемого ключа, выход которого соединен с вторым выводом первого образцового резистора и входом (Седьмого управляемого ключа, ι выход последнего подключен к входу пятого управляемого ключа и первой входной клемме контактного узла, третий образцовый резистор включен между входом и выходом седьмого управляемого ключа, а второй вход второго управляемого ключа соединен с выходом четвертого управляемого ключа, вход которого соединен с вторым выводом второго образцового резистора и выходом восьмого управляемого ключа, вход последнего соединен с входом шестого управляемого ключа и второй входной клеммой контактного узла, а четвертый образцовый резистор включен между входом и выходом восьмого управляемого ключа.For 'to the four-pole containing a contact assembly with two input terminals, the switch comprises six controlled keys and software unit, whose input is connected with ^{February 3} The yields house power supply, the outputs connected to respective inputs of control keys, the source of AC voltage, the output of which connected to the reference input of the vector V voltmeter and the inputs of the first and second controlled keys, the second input of the first and the output of the second of which are connected to the housing, and the output of the first controlled key is connected to one .15 of the conclusions of the first exemplary resistor, the second input of the second exemplary key is connected to one of the terminals of the second exemplary resistor, the measurement input of a 20-volt vector meter is connected to the output of the fifth and sixth controllable keys, characterized in that, in order to increase the speed and accuracy of measurements, the third and the fourth reference resistors, the seventh and eighth controlled keys, the control inputs connected to the corresponding outputs of the program unit, while the output of the first controlled key is connected n with the input of the third managed key, the output of which is connected to the second output of the first exemplary resistor and the input (Seventh managed key, ι the output of the latter is connected to the input of the fifth managed key and the first input terminal of the contact node, the third exemplary resistor is connected between the input and output of the seventh managed key and the second input of the second managed key is connected to the output of the fourth managed key, the input of which is connected to the second output of the second exemplary resistor and the output of the eighth controlled key and, the last input connected to the input of the sixth controllable switch and a second input terminal of the contact assembly, and an exemplary fourth resistor connected between the input and the output of the eighth controllable switch.

соответственно проводимости образцовых резисто-с ров 15,, 18, 17 и 16. уменьшения инструментальной погрешности измерений проводимости четырехполюсника и образцовых.резисторов выбираются из условий 3 ?> »3^ ; 3-14» 3![ , т.е. проводимости резисторов, коммутируемых . на входе и выходе четырехполюсника при прямом и обратном его включении, должны быть малыми. Максимальная относительная погрешность измерения параметра при условии, что фазовые углы напряжений равны нулю и 3’4 =? З_гг > З_ш (З_ш - входная проводимость по измерительному входу векторного врльтметра) для известного устройства имеет следующие математические выражения:respectively, the conductivity of the model resistors 15 ,, 18, 17, and 16. the decrease in the instrumental error in the conductivity measurements of the four-terminal device and the model resistors are selected from the conditions 3?> »3 ^; 3-14 ”3! [, I.e. conductivity of switched resistors. at the input and output of a four-terminal network with its direct and reverse connection, they should be small. The maximum relative measurement error of the parameter, provided that the phase angles of the voltages are zero and 3'4 =? З _г > З _ш (З _ш - input conductivity at the measuring input of a vector voltage meter) for a known device has the following mathematical expressions:

' \ ^Е<1 ^υ<ι а для предлагаемого устройства ' ли». ДБ.'\ ^E <1 ^υ <ι and for the proposed device' li '. Db.

=<= <

Учитывая, что относительная погрешность измерений напряжений равна cMJ) погрешность известного уст- « ройства - = 3,5 сА U, а предлагаемого - 2ίΛϋ,τ.β. погрешность измерений уменьшается более чем в 1,5 раза.Considering that the relative error of voltage measurements is equal to cMJ), the error of the known device is = 3.5 sA U, and of the proposed one - 2ίΛϋ, τ.β. measurement error decreases by more than 1.5 times.

Claims

The invention relates to a measurement technique and can be used to measure the conductivity of integrated circuits and transistors over a wide frequency range, in short circuit conditions at the input and at the output. Devices are known for measuring the complex parameters of linear two-port networks 1. However, these devices have a low measurement accuracy due to the methodological error. It is also known a device for measuring the complex scattering parameters of a quadrupole comprising a contact unit for connecting the tested quadrupole, a switch consisting of control keys and a program block, the outputs of the latter are connected to the control inputs of controlled keys, and an alternating current emf the output of which with the reference channel of the vector voltmeter is connected to the input of the first and second controlled keys, another input of the first and output of the second controlled keys is connected to the housing, the output of the first The controlled key is connected to the first L-resistor, and the other input of the second controlled key is connected to the second exemplary resistor, the measuring channel of the vector voltmeter is connected to the output of the fifth and sixth controlled keys. The second terminal of the first model resistor is connected to the input of the third and fifth controllable keys, and the second terminal of the second model resistor is connected to the output of the fourth and the input of the sixth controllable keys. The output of the third and the input of the fourth controlled keys are connected respectively to the input and output of the two-port network 2 under study. However, the known device due to additional measuring operations, although it provides elimination of methodical error, but has a low speed and low accuracy of measurements due to the large instrumental. errors. The purpose of the invention is to show speed and accuracy of measurements. The goal is achieved in that the device for measuring complex V and S-parameters of linear quadrupoles contains a contact node with two input terminals, a switch comprising six controllable keys and a software unit whose input is connected to the output of the power supply, and the outputs are connected to corresponding correspondences the control inputs of the keys, the alternating current voltage source, the output to which is connected to the reference input of the vector voltmeter and the inputs of the first and second controlled keys, the second input of the first and the output of the second The first ones are connected to the case, and the output of the first controlled switch is connected to one of the terminals of the first model resistor, and the second input of the second controlled switch is connected to one of the terminals of the second sample resistor, the measuring input of the vector voltmeter is connected to the output of the fifth and sixth controls , the third and fourth exemplary resistors and the seventh and eighth control keys were introduced, controlled by a pair of inputs connected to the corresponding VEL inputs of the program block, with this the output of the first controlled switch With the input of the third control key, the output of which is connected to the second output of the first exemplary resistor and the input of the seventh control key, the output of the latter is connected to the input of the fifth control key and the first input terminal of the contact node, the third exemplary resistor is connected between the input and the output of the seventh controlled key, and the second input of the second controlled key is connected to the output of the fourth controlled key whose input is connected to the second output of the second reference resistor and the output of the eighth controlled key Here, the input of the latter is connected to the input of the sixth control key and the second input terminal of the contact node, and the fourth exemplary resistor B1 is connected between the input and output of the eighth control key. . The drawing shows a structural diagram of the proposed device. The device contains a contact node 1. For connecting the tested quadrupole and 2, a switch consisting of controllable switches 4-11 and program block 12, the outputs of the latter are connected to control inputs of controllable switches 4-11, source 13 of alternating current , the output of which is connected to the reference input of the vector voltmeter 14, the power source 19 and the input terminals 20 and 21 of the contact node. The device works as follows. Using software block 12, the controlled keys 4-11 are connected, according to a specific program, to the power supply 19. In this case, the reference input of the vector voltmeter 14 at the direct and reverse connection of the quadrupole 2 is permanently connected to the source 13 of the alternating current voltage and registers the voltage.on its output. In the direct connection of the quadrupole, the voltmeter 14 measures the voltage E, and when it is switched back on - E ,. When controllable switches 4, 7, 9 and 10 operate, the signal from the source 13 of the alternating current voltage is fed through the contacts of the controlled switch 4, the exemplary resistor 15 and the contacts of the controlled switch 10 are fed to the input of the quadrupole 2, the output of which is loaded on the resistor 18 The switch is connected to the case through the contacts of the control key 7 and the normally closed contact control key 5. The measuring input of the vector voltmeter 14 is connected via the contact key 9 to the resistor 18. The voltage UQ at the output is recorded quadrupole 2. When a control key is triggered, the AC voltage source is directly connected to the quadrupole 2 input. At its output, the complex voltage Uij is measured by a voltmeter 14. When the keys 5, 6, 8 and 11 are triggered, the quadrupole 2 is turned on in the opposite direction. The xJT signal of the source 13 of the alternating current voltage through the key 5, the resistor 16 and the contacts of the key 11 is outputted four times: the pole 2, whose input is loaded on the resistor 17, connected to the housing via: contacts of keys 6 and 4, measuring input voltmeter 14 through contacts of the switch 8 is connected to the resistor 17 and measures the complex voltage 0 at the input of the quadrupole 2. When the controlled switch 7 is triggered, the source 13 It is directly connected to the output of a four-volt battery 2. At its input, a voltmeter 14 measures the complex voltage O. At this point, the measurement cycle of the input voltages and output complex voltages of the linear quadrupole at one frequency ends. According to the results of the measurement of complex stresses, the following parameters of the quadrupole are determined from the below formulas, for example, L-parameters: / K 3 ll 4J4i "K K t-ic to 4-1 CHl-l I 1g f - fK to 1-1 Na .. 5Sh .p GS-Ki. a-i ia or normalized S-parameters; respectively, the conductivity of sample resistors 15, 1, 17, and 16. To reduce the instrumental error of measuring the conductivity of the quadrupole and model resistors, are chosen from the conditions. The resistivity of resistors switched at the input and output of the quadrupole with its forward and reverse switching must be small. The relative error of measurement is maximum, provided that the phase parameter S 11 is the output voltage angle equal to zero and 3 4 O.r: 3 c (3 U, is the input conductivity on the measuring input of the vector vrtlmeter),. for the known device has the following mathematical expressions: o for the proposed device — Considering that the relative error of voltage measurements is equal to a4Jj the error of the known device is c (Sij; -i 3t5 о and, and the proposed one is, i.e., the measurement error reduced by more than 1.5 times. - Formula of inventions. A device for measuring coca V and 5 parameters is linear (X 41 / quadrupole network, containing a contact node with two input terminals, a switch including six controllable keys and a program block, entrance to The output is connected to the corresponding control inputs of the keys, the AC voltage source, the output of which is connected to the reference input of the vector voltmeter and the inputs of the first, second and second controlled keys, the second input of the first and the output of the second are connected with the case, and the output of the first control key is connected to one of the terminals of the first model resistor, the second input of the second control key is connected to one of the terminals of the second model resistor, measuring One vector voltmeter is connected to the output of the fifth and sixth controlled keys, characterized in that, in order to monitor the speed and accuracy of measurements, the third and fourth exemplary resistors, the seventh and eighth controlled keys, are connected to the control inputs connected to the corresponding outputs at the time of the output of the first controlled switch connected to the input of the third controlled switch, the output of which is connected to the second output of the first reference resistor and the input of the seventh controlled switch, i v the stroke of the latter is connected to the input of the fifth control key and the first input terminal of the contact node, the third exemplary resistor is connected between the input and output of the seventh control key, and the second input of the second control key is connected to the output of the fourth control key, the input of which is connected to the second key the output of the second sample resistor and the output of the eighth control key, the input of the latter is connected to the input of the sixth control key and the second input terminal of the contact node, and the fourth model resistor (included between input and output of the eighth controlled key. Sources of information taken into account during the examination 11 Transist {s. Parameters, methods of measurement and testing. Ed. Bergelson I.G. et al. M y1; Sovegnoe Radio, 1966, p. 127-128.

2. USSR author's certificate 741195, cl. G 01 ftr: 27/28, 1978 (prototype).