[发明专利]一种片上器件特性的测试方法

权利要求书

1.一种片上器件特性的测试方法，其特征在于该方法首先设定被测器件的结构参数、插值节点和测试频点；任选一个插值节点取值，设计被测器件在所选插值节点取值下带有测试引脚的去嵌入测试结构件，测试得到去嵌入测试结构件的散射参数；将散射参数转换为传输参数；设计一套去嵌入标准件，用于计算测试引脚的散射参数，将计算出的测试引脚散射参数转换为传输参数；计算被测器件的散射参数；利用矢量拟合算法对被测器件的散射参数进行拟合，建立一系列插值节点取值下的极点留数模型；利用插值算法得到关于结构参数的参数化去嵌入模型，用于计算待测器件在任意一个不等于插值节点值且在[α₁,α_N]取值范围内的结构参数值下的特性，实现片上器件特性的测试；

该方法包括以下步骤：

(1)设定被测器件的结构参数α，以及结构参数α的变化范围[α_1,α_N]，并设定[α₁,α_N]中的插值节点值(α₁,α₂,…,α_N-1,α_N)，其中，N为插值节点的个数，设定测试频点值f_i，i＝1,2,...,M，M为设定的测试频点个数；

(2)构建去嵌入测试结构件，包括左右两个地-信号-地-引脚和被测器件，将地-信号-地-引脚简称为GSG PAD，即，在被测器件的左、右两侧分别设置测试信号引脚，被测器件与测试信号引脚之间通过连接线相连，测试信号引脚的两侧分别设有上地引脚和下地引脚，上地引脚和下地引脚通过金属地相导通；

(3)从步骤(1)的N个插值节点中任选一个插值节点α_n，构建如步骤(2)所述的去嵌入测试结构件，对去嵌入测试结构件进行测试，得到散射参数S_m(f_i,α_n)：

此时测试得到的散射参数S_m(f_i,α_n)包含了被测器件以及左右两侧的GSG PAD共同构成的二端口电路，因此S_m(f_i,α_n)为一个2×2维矩阵，矩阵元素包含S_m11(f_i,α_n)，S_m12(f_i,α_n)，S_m21(f_i,α_n)和S_m22(f_i,α_n)四个元素，i＝1,2,...,M；

利用下式，将散射参数S_m(f_i)转换为传输参数T_m(f_i,α_n)：

，

(4)构建一个去嵌入直通校准件，即左右两侧分别设置测试信号引脚，测试信号引脚之间通过连接线相连，测试信号引脚的两侧分别设有上地引脚和下地引脚，上地引脚和下地引脚通过金属地相导通；

构建一个去嵌入反射校准件，即左右两侧分别设置测试信号引脚，左、右两个测试信号引脚的相对一侧分别与一根连接线相连，两根连接线之间的距离为L，测试信号引脚的两侧分别设有上地引脚和下地引脚，试信号引脚、上地引脚和下地引脚通过金属地相导通；

构建一个去嵌入传输线校准件，即左右两侧分别设置测试信号引脚，左、右两个测试信号引脚的相对一侧分别与一根连接线相连，两根连接线之间设有长度为L传输线，测试信号引脚的两侧分别设有上地引脚和下地引脚，试信号引脚、上地引脚和下地引脚通过金属地相导通；

(5)利用步骤(4)的去嵌入直通校准件，对去嵌入直通校准件进行测试，得到散射参数S_thru(f_i)：

其中，i＝1,2,...,M，去嵌入直通校准件是二端口网络，S_thru(f_i)为2×2矩阵，矩阵元素为S_11thru(f_i)，S_12thru(f_i)，S_21thru(f_i)，S_22thru(f_i)；

利用下式，得到去嵌入直通校准件左边的反射系数S_11thru(f_i)、右边的反射系数S_22thru(f_i)、与去嵌入直通校准件左边到右边的传输系数S_21thru(f_i)和去嵌入直通校准件右边到左边的传输系数S_12thru(f_i)与GSG PAD的散射参数之间的关系：

其中，a_1thru(f_i)和b_1thru(f_i)分别是在频率为f_i时左边的测试输入和输出信号波，a_2thru(f_i)和b_2thru(f_i)分别是在频率为f_i时右边测试输入和输出信号波，E₀₀(f_i)、E₀₁(f_i)、E₁₀(f_i)和E₁₁(f_i)分别表示在频率为f_i时左边GSG PAD的散射参数，E₂₂(f_i)、E₃₂(f_i)、E₂₃(f_i)和E₃₃(f_i)分别表示在频率为f_i时右边GSG PAD的散射参数；

利用步骤(4)的去嵌入反射校准件，对去嵌入反射校准件进行测试，得到散射参数S_11reflect(f_i)和S_22reflect(f_i)，i＝1,2,...,M；

利用下式，得到去嵌入反射校准件左边的反射系数S_11reflect(f_i)和右边的反射系数S_22reflect(f_i)与GSG PAD的散射参数之间的关系：

其中，a_1reflect(f_i)和b_1reflect(f_i)分别是去嵌入反射校准件在频率为f_i时左边的测试输入信号波和输出信号波，a_2reflect(f_i)和b_2reflect(f_i)分别是去嵌入反射校准件在频率为f_i时右边的测试输入信号波和输出信号波，Γ₁(f_i)为连接线5在频率为f_i时的反射系数；

利用步骤(4)的去嵌入传输线校准件，对去嵌入传输线校准件进行测试，得到散射参数S_Line(f_i)，i＝1,2,...,M，去嵌入传输线校准件是二端口网络，S_Line(f_i)为2×2矩阵，矩阵元素为S_11Line(f_i)、S_12Line(f_i)、S_21Line(f_i)和S_22Line(f_i)；

利用下式，得到去嵌入传输线校准件左边的反射系数S_11Line(f_i)、右边的反射系数S_22Line(f_i)、与去嵌入直通校准件左边到右边的传输系数S_21Line(f_i)和去嵌入直通校准件右边到左边的传输系数S_12Line(f_i)与左右两个GSG PAD的散射参数之间的关系：

其中，e为自然常数，L是去嵌入传输线校准件中传输线的长度，γ(f_i)是传输线的在频率为f_i时的传播常数，a_1Line(f_i)和b_1Line(f_i)分别是去嵌入传输线校准件在频率f_i为时左边测试的输入信号波和输出信号波，a_2Line(f_i)和b_2Line(f_i)分别是去嵌入传输线校准件在频率为f_i时右边测试的输入信号波和输出信号波；

(6)对步骤(5)中的三个去嵌入校准件与GSG PAD的散射参数之间的十个关系式联立求解，得到E₀₀(f_i)、E₀₁(f_i)、E₁₀(f_i)、E₁₁(f_i)、E₂₂(f_i)、E₃₂(f_i)、E₂₃(f_i)和E₃₃(f_i)八个未知量，其中i＝1,2,...,M；

利用下式，将上述八个未知量转换为传输参数T_A(f_i)和T_A(f_i)；

(7)根据步骤(3)的去嵌入测试结构件的传输参数T_m(f_i,α_n)和步骤(6)得到的T_A(f_i)和T_B(f_i)，利用下式，计算步骤(3)被测器件任选的一个参数插值节点α_n下的传输参数T_DUT(f_i,α_n)：

其中，f_i为步骤(1)中设定的测试频点，M为测试频点个数，T_m(f_i,α_n)为由步骤(3)获得的传输参数，计算得到的T_DUT(f_i,α_n)为2×2维矩阵，具有四个元素，分别为T_DUT11(f_i,α_n)、T_DUT12(f_i,α_n)、T_DUT21(f_i,α_n)和T_DUT22(f_i,α_n)；

(8)利用下式，将步骤(7)的传输参数转换为散射参数S_DUT(f_i,α_n)：

其中，T_DUT11(f_i,α_n)、T_DUT12(f_i,α_n)、T_DUT21(f_i,α_n)和T_DUT22(f_i,α_n)是2×2维矩阵T_DUT(f_i,α_n)中的四个元素；

(9)采用矢量拟合算法，对步骤(8)的被测器件的散射参数进行拟合处理，得到被测器件散射参数的极点-留数模型S_Fit(jω,α_n),其中，ω＝2πf，f为频率，j为虚数单位；

(10)遍历结构参数范围中的所有插值节点，重复步骤(2)-步骤(9)，得到N个被测器件散射参数的极点-留数模型，将N个极点-留数模型转换成如下参数化去嵌入模型：

其中，∏表示连乘，结构参数α的取值范围为[α₁,α_N],且α的取值不等于插值节点值，即α≠α₁,α₂,..,α_N；

(11)将待测器件的任意一个不等于插值节点值且在[α₁,α_N]取值范围内的结构参数值输入步骤(10)的参数化去嵌入模型，得到待测器件在该输入结构参数取值下的特性，完成片上器件特性的测试。