《微波设计与综合测量实验》课程教学资源（讲义）微波测量基础（3）校准与在片测试

第三讲：校准与在片测试郭诚授课教师：

第三讲：校准与在片测试 授课教师：郭诚

本章目录第一节校准算法与误差模型第二节在片测试系统与校准方法第三节芯片测试与参数提取实例

本章目录 第一节 校准算法与误差模型 第二节 在片测试系统与校准方法 第三节 芯片测试与参数提取实例

回顾：射频阻抗的标准（10摄氏温标与射频阻抗的类比摄氏温标的发明者是AndersCelsius（1701一1744），其结冰点是0℃，沸点为99.974℃。1740年瑞典人摄氏（Celsius）提出在标准大气压下，把冰水混合物的温度规定为0度，水的沸腾温度规定为99.974度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温501201度计进行分度。两点间作100等分，每一份称为1摄氏度。记作1℃。40400国30802060104003.负载/直通点1.水的沸点Constantx2010Z,= ZoConstantR20T=02030Z,=0 (short)Z,= (open)4040T=1Z180°F=1Z0°50602.水的冰点1.开路点2.短路点Smith chart3.标准大气压SOLT/TRL校准

回顾：射频阻抗的标准（1） 摄氏温标与射频阻抗的类比 摄氏温标的发明者是Anders Celsius（1701—1744），其结冰点是0℃，沸点为 99.974℃。1740年瑞典人摄氏（Celsius）提出在标准大气压下，把冰水混合物的温度 规定为0度，水的沸腾温度规定为99.974度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温 度计进行分度。两点间作100等分，每一份称为1摄氏度。记作1℃。 2.水的冰点 1.水的沸点 3. 标准大气压 3.负载/直通点 2.短路点 1.开路点 SOLT/TRL校准

回顾：射频阻抗的标准（2)3.负载点ConstantXZ, = ZoConstantRF=01.开路点SHORTZ,=0 (short)Z,=(open)OPENT=1Z180°F=1Z0°2.短路点LOADSmithchart同轴标准（校准件）波导标准 (校准件)

3.负载点 2.短路点 1.开路点 同轴标准（校准件） 回顾：射频阻抗的标准（2） 波导标准（校准件）

常用的低频件扭矩扳手

回顾：射频阻抗的标准(3)SS.W100GroundStripGround1000Substrate&,h共面波导及其校准件OPENSHORTLOADTHRU3.负载/直通点ConstantXZ,= ZoConstantRT=01.开路点Z,=0 (short)Z,= (open)L100μmT=1Z180°F=1/002.短路点Smithchart

共面波导及其校准件 3.负载/直通点 2.短路点 1.开路点 回顾：射频阻抗的标准（3）

校准的意义通常来讲，相位被校准"之后的效果-10-10更加明显(ap)(ap)-20-20aszs30-jusl-30sS1140-4002040600204060Frequency (GHz)Frequency (GHz)W西同本投用9.510.59.510.5辆率(GH2) (GHz)105模率(GHe)WGHz)

通常来讲，相位被“校准”之后的“效果” 更加明显

校准的基本步骤校准通常包含误差模型、校准测试、误差修正三个部分把系统中的误差部分看作一个误差网络，先针对误差网络建立误差模型，用信号流图的形式表示误差模型（列方程组通过测试多个电参数已知的校准件来确定误差模型中各个参数值（给已知条件）通过数值计算对测试系统完成误差修正，将测试参考面从失网测试端口移动到与待测器件的接触点（解仿真组VNAS=Systematic+Random2+Driff2系统误差（SYSTEMATIC）：例如负载和源阻抗不匹配，有限耦Error合器方向性以及反射/传输功率跟踪。这些误差被认为是时Adapter不变的，并且在校准后不会改变。DUT随机误差（RANDOM）：例如仪器，相位噪声以及开关和连Figure2.9ErroradapterconceptusedforVNAcalibration接器的可重复性。使用平均是一种压缩随机误差影响的技术。漂移或稳定性错误（DRIFT）：例如温度漂移，可以通过执行新的校准消除这些误差

校准的基本步骤： 校准通常包含误差模型、校准测试、误差修正三个部分 把系统中的误差部分看作一个误差网络，先针对误差网络建立误差模型，用信号流图的形式表示误差模型（列方程组） 通过测试多个电参数已知的校准件来确定误差模型中各个参数值（给已知条件） 通过数值计算对测试系统完成误差修正，将测试参考面从矢网测试端口移动到与待测器件的接触点（解仿真组） 系统误差(SYSTEMATIC)：例如负载和源阻抗不匹配，有限耦 合器方向性以及反射/传输功率跟踪。这些误差被认为是时 不变的，并且在校准后不会改变。 随机误差（RANDOM）：例如仪器，相位噪声以及开关和连 接器的可重复性。使用平均是一种压缩随机误差影响的技术。 漂移或稳定性错误（DRIFT）：例如温度漂移，可以通过执 行新的校准消除这些误差

单端口反射参数测量误差模型单端口误差模型OO?1am1eloa,EDEs00ErrorTmIdealDUTboxVNAER0EOCOObbm1bbbmDeoreoDUT1e01-e,rde60eejeob.beoreor1-e,Fa.方向性误差eoo：端口匹配误差e1和跟踪误差e10eo1

单端口误差模型 01 10 00 11 1 m m m b e e e a e        01 10 00 11 1 m m mb e e e a e        方向性误差e00，端口匹配误差e11和跟踪误差e10e01

DUT开始列方程组eeTm利用开路，短路和负载作为阻抗（反射系数）的标准，求解误差参数eneotb，（1）用一个匹配负载代替DUT进行测量，匹配负载的反射系数为0（2）用一个短路器代替DUT进行测量，短路器的反射系数为-1bCoreorT（3）用一个开路器代替DUT进行测量，短路器的反射系数为11711-e,Iameo +,Fme -I,(e0e,-eorero) =Imle0o +I,Im2el1-T2(eoe -eore1o) =Im2boeoo -Aere0o+I,m3en-I,(e0oe,-eoreo)=Im1-efaob,Tm-e0o思考：Imeu-Ae标准是什么？(谁是秤砭)a,E,+I,FmEs-(E,Es-ER)=Im什么是秤杆？Ae=Cooe.-eoreioE,+I,Fm2Es-I2(E,Es-ER)=m2E, +I,FmEs -I,(E,Es -Er) =Im3

开始列方程组： 利用开路，短路和负载作为阻抗（反射系数）的标准，求解误差参数： （1）用一个匹配负载代替DUT进行测量，匹配负载的反射系数为0 （2）用一个短路器代替DUT进行测量，短路器的反射系数为-1 （3）用一个开路器代替DUT进行测量，短路器的反射系数为1       00 1 1 11 1 00 1 01 10 1 00 2 2 11 2 00 1 01 10 2 00 3 3 11 3 00 1 01 10 3 m m m m m m e e e e e e e e e e e e e e e e e e                         0 00 0 11 1 00 1 11 00 11 01 10 1 m m m b e e a e b e a e e e e e e e                          1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 D m S D S R m D m S D S R m D m S D S R m E E E E E E E E E E E E E E E                         思考： 标准是什么？（谁是秤砣） 什么是秤杆？