Limitations of On-Wafer Calibration and De-Embedding Methods in the Sub-THz Range

This paper investigates frequency limitations of calibration and de-embedding techniques for S parameter measurements. First, the TRL calibration methods are analysed and the error due to the probe movement when measuring the different line lengths is quantified, next the coupling between the probe-heads and the wafer surface is investigated and finally an upper frequency validity limit for the standard Open-Short de-embedding method is given. The measured results have been confirmed thanks to the use of an electro-magnetic simulator.

FBAR滤波器TRL校准的仿真与测试

针对薄膜体声波谐振腔(FBAR)滤波器测试夹具误差校准,提出一种改进的TRL校准方法,将三维电磁仿真和TRL计算结合,用于测试套件(夹具和TRL校准件)的前期设计与优化,确保TRL校准件达到足够精度。由于DUT(device under test,待测器件)参数未知,实测中采用四种不同结构的测试套件,校准前各组测试结果差异较大,但TRL校准后高度吻合,通带内的差异小于0.2 dB,不但精准确定DUT真实参数,而且表明本TRL校准方法对于不同结构夹具去嵌入的有效性。该仿真计算不仅可以设计高精度测试套件,避免过度依靠实测,并且可与实测相互验证,并可推广到其他微波器件的测量,节省测试成本。

矢量网络分析仪非同轴测量的TRL校准件设计制作

矢量网络分析仪在非同轴和高频率条件下难以实现理想的匹配负载,但通过TRL校准可降低参数要求,且精度较高。因此,本文对TRL校准技术的原理和设计原则进行介绍。以HDMI线缆测量为例,对非同轴测量TRL校准的全部环节进行论述,包括设计方法、性能验证和测量试验,为相关技术研究提供参考。

通过TRL校准提取管芯S参数的技术

介绍了一种基于TRL法的提取管芯S参数的方法。该方法从TRL校准出发,实际测量得到封装器件的S参数;管芯以外的参量(管壳及键和线)用等效电路表示,最后用微波仿真软件模拟得到管芯S参数。此方法在没有精确的测试夹具条件下,仍可以得到较理想的器件和管芯S参数。实验证明该方法简便、实用性强,可推广应用于不宜直接测量管芯S参数的器件。

在片Multi-TRL校准技术研究

美国NIST Multi-TRL校准技术实现在片散射参数(S参数)的精确校准测试,但国内尚未实现上述校准技术,致使在片测量准确度不能满足精密测试需求。在充分研究Multi-TRL算法并自主推导相关核心公式的基础上,开发Mutli-TRL校准软件CETC13,并对校准软件准确度进行验证。然后利用半导体工艺开展0.1~40 GHz Multi-TRL校准标准1312的设计和制作,通过衬底厚度、横截面的优化设计,该校准标准能有效抑制多模传输。CETC13校准软件与校准标准校准过的在片系统测量结果与国外相同等级的在片系统相比,在0.1~40 GHz频段内,传输幅度相差0.05~0.10 d B,相位相差0.05°~1.3°;反射幅度相差0.002~0.007,可解决国内在片S参数精确校准测试问题。

脊波导TRL校准技术的研究

本文首先讨论了矢量网路分析仪TRL校准技术对校准件的要求,并根据校准原理设计出了脊波导TRL校准件的尺寸。由于脊波导脊的重合性对校准件与测试端面连接处的反射具有较大影响,对校准件采用精确定位和表面抗氧化处理。最后利用网络分析仪的10项误差修正原理完成了脊波导的TRL校准,实现了脊波导器件微波参数的准确测试。

基于TRL校准的夹具测试技术浅析

如何实现非同轴微波器件S参数的精确测量一直是业界的技术难题,制作、使用微波夹具是实现其网络参数直接测量的主要途径之一。文章介绍了传统夹具测试方法,重点论述了运用TRL校准技术进行夹具测量的解决方案,并给出夹具TRL校准件设计方法和注意事项。通过具体夹具校准件的设计和测量试验完成了设计验证,该技术方案能够很好地去除夹具误差、显著提高测试精度,并具有较强的可操作性。

HP8510C非同轴系统TRL校准技术

文章介绍了HP8510C矢量网络分析仪的TRL校准原理和建立微波校准标准的方法，从而使同轴系统的HP8510C也能对非同轴系统（波导、微带、带状线等）微波网络参数进行精密测量。并具体在BJ100波导系统进行了[S]参数的精密测量。

单片电路晶体管模型参数提取专用TRL校准件

为了满足GaAs微波单片晶体管模型参数精确提取需求,论文开展了在GaAs衬底上制作专用TRL校准件的研究工作,该专用校准件在设计过程中,综合考虑了介质材料、测量端口探针至微带线过渡等要素,使校准后在片S参数测量的参考平面更加接近晶体管管芯,从而获得了微波单片晶体管真正管芯模型参数。为了对校准效果进行验证,制作了在片无源检验件,通过测量结果与电磁场仿真数值的对比,证实了该专用校准件满足模型参数提取的测量要求。

基于改进TRL校准算法的二极管参数测量

加载二极管的频率选择表面和能量选择表面(以下统称"自激励表面")具有自适应的防护特征,能够防护强电磁攻击。二极管本身参数的测量是自激励表面设计中重要的环节,准确测得二极管特征参数对于设计出满足需求的防护表面至关重要。介绍传统去嵌入法,针对传统去嵌入法存在校准件制作精度要求高、相位延时有范围的缺点,改进了用于二极管参数测量的去嵌入算法;测量几种不同PIN型号的二极管,通过对比PIN参数手册与测试结果,验证了测试方法的有效性。

高精度微波夹具设计中的TRL校准技术

TRL校准是一种非常精确的校准方式,尤其适用于非标准接口的微波器件S参数的精确测试。论文探讨了有关TRL校准技术,从TRL校准技术理论模型分析,到设计TRL校准件的要求,到设计TRL校准件时需考虑的因素,对TRL校准技术做了较全面的介绍。

基于TRL校准的低噪声放大器的研究与设计

针对低噪声放大器实际电路往往和仿真结果出入较大、调试困难等特征,以TRL校准件和芯片量测板为平台量测出芯片的S参数,通过和厂商提供的S参数比拟,在此基础上通过射频仿真软件设计出的低噪声放大器,在实际测试中和仿真结果比较接近,大大提高了低噪声放大器设计的效率和性能。最后以GPS和北斗为例,给出了实测和仿真的S参数Smith圆图比对结果。

硅基芯片TRL校准件的设计与制作

为了满足在K/Ka频带下设计硅基芯片电路时对器件模型精确测试的要求,文章分析了实现精确校准的硅基芯片TRL校准技术。根据TRL校准原理设计并制作了相应的校准件,用去嵌入的方式提取了片上电感、电容模型。在20 GHz~ 30 GHz高频应用中,验证了模型的准确性。实际测试结果表明该校准件达到了预期效果,仿真值与实测值拟合一致性好。

微波测试夹具及其TRL校准件的设计与制作

为了满足设计功率放大器时对晶体管精确测试的要求,设计了一种工作在S波段的氮化镓晶体管专用微波测试夹具,根据TRL校准原理制作了相应的校准件来完成夹具的去嵌入。实际测试结果表明,该测试夹具及TRL校准件达到了预期的效果,仿真值与实测值一致性好,损耗误差为0.3 d B,去嵌入之后得到的夹具差损<0.4 d B,S11和S22<-15 d B,用该夹具测得的晶体管参数与其数据手册给出的值相吻合。

计入辅助电路的TRL校准件设计

为满足微波晶体管S参数的测试要求,介绍了新型TRL校准件的设计原则,利用Matlab程序实现了校准算法,并对设计的校准件进行了仿真和测试比对,验证了所设计校准件的准确性、有效性。

110 GHz可溯源的On-wafer GaAs基Multi-TRL校准标准件研制

设计制作了用于1~110GHzOn-wafer散射参数测试系统自校准的GaAs基Multi-TRL校准标准件。主要验证了Multi-TRL校准标准件设计的正确性;经过与国外计量标准及商用校准件比对,还验证了在频率范围1GHz^110GHz,用于Multi-TRL校准的校准标准件的准确性。

一种用于氮化镓晶体管建模的TRL校准方法

直通-反射-延迟线(TRL)校准相对于短路-开路-负载-直通(SOLT)校准是一种更加准确且易于实现的校准方法,尤其适用于二端口及多端口的非同轴测量。文中针对Wolfspeed公司的氮化镓晶体管CGH40010F的S参数测量问题,分析讨论了TRL校准在网络分析仪中的误差盒模型,在此基础上设计制作了一套TRL校准件,其工作频率范围为1~6 GHz,在此频段内直通和延迟线均达到S_(ii)(i=1,2)幅值小于-15 dB,S_(ij)(i,j=1,2;i≠j)幅值大于-0.8 dB;将该校准件特性指标内置到矢量网络分析仪中进行校准测试,实测结果表明,经过TRL校准后的氮化镓晶体管小信号S参数与官方数据手册中一致,验证了该校准测量方法及据此设计制作的TRL校准件是有效的。

基于TRL的非标准接口机载射频线缆测试方法

机载射频(RF)线缆是传输信号的主要介质,其回波损耗等性能参数影响飞机通导系统的工作,目前存在多种非标准接口线缆,需采用精密的转接引线,但其对阻抗、传输损耗等参数要求较高,且易发生性能衰减,导致测试结果产生较大误差。因此,针对应用精密转接引线进行测试时存在的问题,提出了基于TRL的非标准接口机载射频线缆测试方法。利用级联传输参数矩阵的方法对转接引线与待测线缆进行建模;利用改进的TRL校准方法对转接引线的参数进行去嵌入获取待测线缆的散射参数,进而评估机载射频线缆的性能。应用所提方法进行机载射频线缆测试实验,结果表明:除个别谐振点外,回波损耗最大误差约为1 dB,传输损耗最大误差约为0.2 dB,验证了所提方法的可行性和有效性。

射频器件测量的校准技术分析

在用矢量网络分析仪(VNA)对射频微波元件进行S参数测量时,由于网分的同轴端口与元器件类似微带的端口无法直接进行测量,故往往引入夹具以实现同轴到微带的过渡。在此过程中,测量结果包含了夹具本身自带的误差,需要用校准技术进行去嵌入(deembedding)。直通-反射-延时线(TRL)是其中一种高精度的校准技术,本文在HFSS中制作了10 MHz-45 GHz的TRL校准件包括“顶层地”传输线,新型共面波导,基片集成波导,两层介质的共面波导等不同结构,去嵌入之后的1 pF电容与理想电容在全频段有较好的一致性,并把结果进行对比。下一步模拟了性能更好的同轴连接器,以改善实验的去嵌入结果,验证TRL校准件达到毫米波的可行性方案。

110 GHz在片16项误差模型校准件定值方法研究

现有商用集总参数校准件电路模型使用简便,但由于校准件电路模型的不完善、电路中参数在提取过程中采用拟合算法等原因,导致其定值准确度受限。从用于高频串扰修正的16项误差模型校准件设计入手,给出了校准件高精度的定值方法——即通过研制辅助的Multiline TRL校准标准,采用测试加仿真的方式对校准件进行定值,并采用定值文件作为定值样式。采用定值过的16项误差模型校准件校准在片测试系统,并与美国NIST基于Multiline TRL的二次校准方法比较,在110 GHz内,两者S21相差在0.30 dB以内,相位相差1°以内。所不同的是,16项误差模型校准件的个数远低于NIST,并且在校准过程中不需要移动探针。在保证准确度的前提下,大大提高了测试效率。