4.2: Вимірювання параметрів розсіювання

Last updated
Save as PDF

Page ID: 28704

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

\(S\)параметри вимірюються за допомогою мережевого аналізатора, званого автоматичним аналізатором мережі (ANA), або частіше векторним аналізатором мережі (VNA).

4.2.1 Векторний аналізатор мережі

VNA заснований на поділі вперед- і назад хвиль напруги, що рухаються за допомогою спрямованого ответвителя. Потім розділені біжучі хвилі - це сумарні напруги на з'єднаних лініях спрямованого з'єднувача. Вони перетворюються вниз, можливо,\(100\text{ kHz}\) а потім відбираються аналого-цифровим перетворювачем [1]. Схеми сучасних ВНК наведені на рисунках\(\PageIndex{1}\)\(\PageIndex{2}\) і складають

Синтезатор частот для стабільної генерації синусоїди.
Дисплей побудови\(S\) параметрів у різних формах, найчастіше використовується діаграма Сміта.
Тестовий набір\(S\) параметрів. Цей пристрій, як правило, має два вимірювальні порти, так що, коли це потрібно,\(S_{11},\: S_{12},\: S_{21},\) і все\(S_{22}\) може бути визначено під програмним контролем. Основними компонентами є вимикачі і спрямовані ответвители. Спрямовані ответвители відокремлюють компоненти хвилі вперед і назад. Мережеві аналізатори з більш ніж двома портами - чотирипортові мережеві аналізатори популярні - мають більше комутаторів та спрямованих з'єднувачів. Змішувачі відображають амплітуду та фазу радіочастотного сигналу до ПЧ\(100\text{ kHz}\), зазвичай навколо, який відбирається АЦП.
Комп'ютерний контролер, який використовується при виправленні помилок і перетворенні результатів в потрібну форму.

Для радіочастотних вимірювань до декількох десятків гігагерц більшість цих функцій вбудовані в один прилад. На більш високих частотах і при старій апаратурі використовуються кілька одиниць. Контур такої системи показаний на малюнку\(\PageIndex{3}\) (а), а фотографія - на малюнку\(\PageIndex{3}\) (в). На передньому плані малюнка\(\PageIndex{3}\) (c) знаходиться зондова станція, яка має сцену для друкованої плати IC або RF і кріплення для мікропозиціонерів, до яких прикріплені мікрозонди. Вертикальний об'єкт у формі трубки - це камера, встановлена на мікроскопі.

Зонди встановлюються на мікроманіпуляторах типу тих, що зображені на малюнку\(\PageIndex{4}\). Вони забезпечують точне позиціонування з\(x-y-z\) рухом та обертання осі для розміщення зондування на підкладках, які не є повністю плоскими.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Система векторного аналізатора мережі на основі комутаторів з двома приймачами. Спрямовані ответвители вибірково з'єднують хвилі вперед або назад. За допомогою спрямованого з'єднувача (див. Вставка) біжуча хвиля, вставлена в порт,\(\mathsf{2}\) з'являється лише в порту\(\mathsf{1}\). Подорожуюча хвиля, вставлена в порту,\(\mathsf{1}\) з'являється в порту,\(\mathsf{2}\) а поєднана версія в порту\(\mathsf{3}\). Подорожуюча хвиля, вставлена в порт,\(\mathsf{3}\) з'являється тільки в порту\(\mathsf{1}\). Положення перемикача визначають, який\(S\) параметр вимірюється.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Векторна система мережевого аналізатора з чотирма приймачами.

Рисунок\(\PageIndex{3}\): система вимірювання\(S\) параметрів: (а) показана в конфігурації для тестування на мікросхемі; (б) деталі копланарних зондів з конфігурацією GSG та контактними майданчиками; і (c) векторний мережевий аналізатор у фоновому режимі з зондовою станцією, включаючи камеру.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Мікропозиціонери, що використовуються з компланарними зондами. Використовується з дозволу J MicroTechnology, Inc.

Зондуючі елементи, необхідні для вимірювань на пластині, наведені на малюнку\(\PageIndex{5}\). На малюнку\(\PageIndex{5}\) (а) показаний єдиний радіочастотний зонд, який по суті є розширеною коаксіальною лінією. На малюнку\(\PageIndex{5}\) (c) зображений мікрозонд, який здійснює з'єднання з лінією електропередачі на ІС, а нижнє зображення на малюнку\(\PageIndex{5}\) (b) показує більшу деталізацію області контакту.

Типовий мікрозонд заснований на мікрокоаксіальному кабелі з центральним провідником (несучим сигнал), витягнутим на міліметр або близько того, щоб сформувати голчастий контакт. Два інших голкоподібних контакту виготовляються шляхом приєднання коротких подовжувачів до зовнішнього провідника коаксіальної лінії по обидва боки від сигнального з'єднання (див. Верхнє зображення на малюнку\(\PageIndex{5}\) (б)). Такі зонди називаються

Малюнок\(\PageIndex{5}\): РЧ-зонди: (а) один зонд радіочастотного зонда; (б) деталь зонда GSG та контакт з IC; (c) випробувана ІС; (г) макет калібрувальної підкладки, що використовується з зондами GSG; (e) зонди, що контактують з наскрізною структурою CPW на калібрувальній підкладці; і (f) карта зонда з 2 радіочастотними зондами (верхній і нижні) і\(13\) голчасті щупи для постійного і низькочастотного з'єднань. ((а), (б) зверху, (d), (e), (f) авторське право GGB Industries Inc., використовується з дозволу [2].)

Малюнок\(\PageIndex{6}\): Використання адаптера CPW-Microstrip, що дозволяє використовувати копланарні зонди для характеристики пристрою, що не є CPW. Адаптери забезпечують низькі вносяться втрати CPW-мікросмужковий перехід. Використовується з дозволу J MicroTechnology, Inc.

зонди земля-сигнал-земля (GSG) та перехід від коаксіального кабелю до лінії CPW на пластині, забезпечуючи плавний перехід полів ЕМ від коаксіальної лінії до ліній CPW. Накладки на вафельні можуть бути такими ж маленькими, як\(50\:\mu\text{m}\) збоку.

Вимірювання за допомогою зондів CPW та маніпуляторів дозволяє проводити повторювані вимірювання від постійного струму до вище\(100\text{ GHz}\). Такі вимірювання вимагають повторюваності з'єднань зондів, які краще, ніж\(1\:\mu\text{m}\). Коли ДУТ має мікросмужкові з'єднання, необхідно використовувати перехідник CPW-Microstrip, як показано на малюнку\(\PageIndex{6}\). Схема розташування відповідного адаптера показана на малюнку\(\PageIndex{6}\) (а). На малюнку\(\PageIndex{6}\) (в і г) два адаптера показані, що використовуються в характеристиці НВЧ транзистора. Зонди GSG контактують з адаптерами, а підстави підключаються до металізації задньої сторони за допомогою переходних отворів. Для калібрування використовуються мікросмужкові калібрувальні підкладки лінії електропередачі, показані на малюнку\(\PageIndex{6}\) (b).