[发明专利]在片高低温S参数TRL校准件的设计方法

说明书

本发明公开了一种在片高低温S参数TRL校准件的设计方法，涉及测量电变量或磁变量的方法技术领域。所述方法包括以下步骤：1）在片S参数校准件的设计：针对不同的校准温度，分别设计不同温度的在片S参数校准件，在片S参数校准件采用共面波导传输线结构、TRL形式，包括直通标准件T、反射标准件R、传输线标准件L；2）在片终端电阻的设计。所述方法完成了在片高低温S参数校准件的设计与制作，完成在片校准件在不同温度下的表征，实现了不同温度下在片高低温S参数测试系统的有效校准，确保在片高低温S参数测量结果准确一致，且所述方法操作简单，校准准确度高。

技术领域

本发明涉及测量电变量或磁变量的方法技术领域，尤其涉及一种在片高低温S参数TRL校准件的设计方法。

背景技术

近年在片高低温测试设备的发展降低了在片高低温S参数测量成本，提高了在片高低温S参数的测量速度。这些优势使得微波功率器件复杂的热效应建模与工作过程分析成为可能，推动了用于复杂环境下微波单片电路的发展。

针对在片高低温S参数测量，美国CASCADE公司与TEMPTRONIC和ESPEC两家公司合作，设计了在片高低温S参数测试系统，结构如图1所示，它包括探针台、矢量网络分析仪、温度控制单元及各种附属设备。其中矢量网络分析仪用于S参数测试，探针台用于提供同轴至单片电路的精密稳定连接。温度控制单元用来控制探针台主卡盘温度，实现主卡盘温度在-65℃～200℃内调节。测试时将DUT放置在主卡盘上，升降温过程中DUT温度随着主卡盘温度变化，稳定后等于主卡盘的温度，以实现在片高低温S参数测试。与此同时，在主卡盘旁边增加了与主卡盘热隔离的两个辅助卡盘，用于放置在片S参数校准件。

国外，研究了探针头在不同温度下的温度分布情况，如图2所示(第一测温点温度为110℃、第二测温点温度为125℃、第三测温点温度为105℃、第四测温点温度为45℃、主卡盘温度为125℃)，探针头随温度变化而引起的微波特性变化影响了在片高低温S参数测量准确度。在片高低温S参数测试系统的准确测量是建立在测量之前对矢量网络分析仪进行在片高低温准确校准基础上，因此需要设计在片高低温S参数校准件，在不同温度下对在片高低温S参数测试系统进行校准，以提高在片高低温S参数校准与测量准确度。

高准确度S参数测试都离不开测试前对系统准确而完善的校准，通过校准将矢量网络分析仪与DUT之间的连接电缆、探针等对测量结果的影响去除，从而得到被测件“真实”的S参数。对于在片高低温S参数的校准，随着研究不断深入，先后出现了以下三种校准过程：

第一种校准过程与普通在片S参数校准相同，即室温下校准，高低温下测量。具体校准方法可以使用SOLT、TRL、LRRM等。此方法忽略了由于温度变化使微波探针头和周围微波电缆的热效应发生物理形变，导致微波探针头等的微波特性发生改变，使原有校准状态发生偏离，影响在片高低温S参数的精确测量。设备厂商在其技术文章中指出，在25℃下频率范围为1GHz～26.5GHz进行校准，校准后在片S参数在26.5GHz频点上测量稳定性为-60dB(0.1％)，但是当卡盘温度升至200℃时仍使用室温校准数据测量S参数，测量结果稳定性变为-15dB(17.8％)，而且随着频率的升高，这种偏差变得越来越明显。如此大的偏差在很多在片高低温S参数测量应用中是不可接受的。

第二种校准过程是将校准件放置在高低温卡盘上，保持校准温度与实际测试温度相一致，避免了微波探针头由于温度变化带来的微波特性改变。由于在片负载中薄膜电阻阻值受温度影响较大，因此具体校准方法应使用没有负载标准的TRL进行校准，但是在片校准件衬底介电特性受到温度影响，使TRL校准件中的传输线标准特征阻抗Z0偏离了其常温下的定义值，因此这种校准过程并不完善。