文章來源：SPICE模型

原文作者：若明

可靠的數據對于RF建模非常關鍵。如果沒有可靠的數據，RF建模會變得非常耗時，伴隨著大量的猜測和判斷，基本上會令人非常的沮喪。今天和大家討論如何精確地測量S參數。

1. 測試前準備

直流分析儀（DC Analyzerfor Biasing）、網絡分析儀（NWA）、探針臺、測試DUT、校準套件（Calkit）。

圖1：測量系統連接關系

2. 如何為成功的測量做好準備

在進行S參數測量之前，需要做一些準備工作，包括測試直流接觸電阻(Contact Resistance)，確定線性器件工作所需要的最大可用射頻功率（Max. RF Singal），完成校準操作（Calibration）。

a. 測試直流接觸電阻(Contact Resistance)

確定直流偏置路徑上的電阻損耗，這種損耗表現為連接器和電纜上的損耗和偏置T型接頭損耗，直流與射頻信號在此交匯，以及晶圓上接觸電阻。

圖2：Rbias、Rcontact測量

分兩步進行：

將GSG探針與ISS校準基板上的SHORT接觸（我們認為ISS基板上的PAD接觸是理想的）。而這里Rbias是電纜上的損耗+連接器上的損耗+偏置T型接頭上的損耗，其測量值通常為1到3歐姆之間。

將GSG探針與晶圓片上的SHORT接觸，再次測量電阻值。探針與晶圓之間的接觸電阻值通常在0.5到2歐姆之間（具體由晶圓材質決定）。保存下這些值稍后用于建模。如圖2所示，如果加了Rbias，S21曲線曲線是會向右移動的。所以說，精確的模型是要考慮直流偏置路徑上的電阻損耗。

b. 確定線性器件工作所需要的最大可用射頻功率（Max. RF Singal）

我們在測量S參數之前，需要確定最大可用射頻信號電平，以保證晶體管的線性工作。過大的射頻功率會對信號削波，導致諧波頻率出現。但網絡分析儀只能測量基頻，因此會導致S參數錯誤，所以要確定合適的射頻測試信號。最好的方法是將被測器件本身作為頻譜傳感器，測試Id-Vd。調整網絡分析儀的射頻信號功率，直到調到合適的功率不會影響DC曲線。如圖，紅色曲線是-20dB時的曲線, 功率比較大，測試出來的DC曲線會有明顯的振蕩。但當功率減小到-30dB時，測出的DC曲線正常。因此我們確定-30dB是一個比較合理的射頻測試功率。在我們實際測試時要按照自己的器件來選擇合適的射頻信號功率。

圖3：Max. RF Signal

c. 完成校準操作（Calibration）

校準是需要應用確定的信號電平。首先，GSG探針應與探針校準ISS基板對應。探針制造商提供的校準套件（Calkit）定義中說明了校準件的非理想因素，這些因素要輸入網絡分析儀校準程序或由該程序選擇。然后執行校準。SOLT會連續連接并測量校準件。校準完成后結果會存儲于NWA，用于以后提供經過校準的器件測量結果。

圖4：Calkit

校準很重要，所以我們要重新測量OPEN, SHORT校準件，對LOAD和THRU也應該用同樣的驗證。只有當四個測量結果都能夠與仿真結果完美對應時，我們才算完成了準確、可靠的網絡分析儀校準。

驗證去嵌結構。去嵌意味著將校準面從GSG探針接觸位置移動到器件模型的限制點。最佳驗證方式是在OPEN和SHORT晶圓上模型之外，還有THRU模型，該模型將通過帶狀線性代替之后的被測器件。THRU模型在OPEN和SHORT狀態下去嵌，它應當視為一條時延線，其幅度為1，并具有一個有實際意義的正延值TD，以及特征阻抗Z0的一個實際值。

3. 測量結果

要確保器件在長時間的S參數測量期間溫度不能發生改變。由于DC測試快，S參數測試慢有自熱，導致結果稍有偏差。必須重復進行測量，確保在相同的溫度條件下執行直流和S參數測量。

圖5：測量結果分析

審核編輯：湯梓紅