扩频模块及在片测试系统

技术领域

本发明涉及微电子测试测量技术领域，特别是涉及一种扩频模块及在片测试系统。

背景技术

半导体的晶圆放大器测试通常会在探针台上完成高低温环境下信号的全参数测试，比如线性和非线性参数测试。传统的测试方法，在进行线性参数测试时，主要是以矢量网络分析仪为核心的在片测试系统；在进行非线性参数测试时，主要是以信号源和功率计或信号源和频谱仪为核心的在片测试系统。这类方法存在明显的弊端：首先，非线性测试方法不能将误差修正至探针尖处，因为无法进行矢量误差校准。其次，完成全参数的测试需要多次拆卸连接多套测试系统，增加测试不确定性，最大缺陷在于这类方法不能同时获得非线性测试条件下测试幅度和相位的信息。

另外一种测试方法采用负载牵引(Load Pull)的在片测试方案，但是该种方案也存在明显的弊端，比如无源负载牵引测试系统核心器件是阻抗调谐器，由于阻抗调谐自身的损耗，校准结束后无法消除阻抗调谐器插损的影响，限制了测试范围，且频率越高，调谐器的损耗越大，影响越大，同时负载牵引测试只能针对某一频点进行校准，若要完成不同频率下的大功率非线性参数的在片测试，则需要对不同频率进行逐一校准，极大的降低了测试效率，增加了测试成本。

因此，设计一套能够完成全参数测试的毫米波太赫兹在片测试系统，在降低测试不确定度的前提下，提高测试效率，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种扩频模块及在片测试系统，用于解决现有技术中在片测试系统不能完成全参数测试，测试频率受限、测试不确定度高、操作繁琐等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种扩频模块，所述扩频模块至少包括：

微波开关，第一倍频器，第二倍频器，放大器，定向耦合器，双定向耦合器，衰减器，第一混频器及第二混频器；

所述微波开关接收激励信号及触发信号，基于所述触发信号将所述激励信号发送至所述第一倍频器或所述第二倍频器；

所述第一倍频器连接所述微波开关的第一输出端，对所述激励信号进行倍频，得到第一倍频信号；

所述第二倍频器连接所述微波开关的第二输出端，对所述激励信号进行倍频，得到第二倍频信号；所述放大器连接所述第二倍频器的输出端，对所述第二倍频信号进行放大；

所述定向耦合器连接所述第一倍频器及所述放大器的输出端，将所述第一倍频器或所述放大器的输出信号传输至所述双定向耦合器；

所述双定向耦合器将所述定向耦合器的输出信号的一部分直通输出，另一部耦合输出作为参考信号，并将所述衰减器输出的测试件的反馈信号耦合输出；

所述衰减器连接所述双定向耦合器，对所述双定向耦合器输出的所述第一倍频信号进行衰减得到用于测试的线性参数，将所述双定向耦合器输出的所述第二倍频信号的放大信号直接输出得到用于测试的非线性参数；

所述第一混频器连接所述双定向耦合器，将所述参考信号下变频，得到参考中频信号；

所述第二混频器连接所述双定向耦合器，将所述被测件的反馈信号下变频，得到测试中频信号。

可选地，所述被测件的反馈信号为所述被测件的反射信号或所述被测件输出的测试信号。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种在片测试系统，所述在片测试系统至少包括：

矢量网络分析仪，探针台及上述扩频模块；

所述矢量网络分析仪用于产生测试所需的激励信号并对测试中频信号进行处理；

所述扩频模块连接所述矢量网络分析仪，对所述矢量网络分析仪输出的激励信号的频率进行扩展得到用于测试的线性参数及非线性参数，并将所述被测件的反馈信号转化为测试中频信号传输至所述矢量网络分析仪；

所述探针台连接所述扩频模块，用于承载固定被测件并基于所述扩频模块提供的参数对所述被测件进行测试。

可选地，所述矢量网络分析仪包括收发测试模块、参考接收模块及信号处理模块；

所述收发测试模块连接所述扩频模块，为所述扩频模块提供激励信号、本振信号，并接收所述扩频模块输出的测试中频信号；

所述参考接收模块连接所述扩频模块，接收所述扩频模块输出的参考中频信号；

所述信号处理模块连接所述收发测试模块及所述参考接收模块，对所述参考中频信号及所述测试中频信号进行处理，以得到测试结果。

可选地，所述矢量网络分析仪与所述扩频模块通过同轴电缆连接。

可选地，所述探针台为手动探针台、半自动探针台、全自动探针台或高低温探针台。

可选地，所述扩频模块与所述探针台通过波导转共面波导适配器连接。

可选地，所述在片测试系统还包括程控电源，所述程控电源连接所述矢量网络分析仪，为所述被测件提供直流供电并实时监测所述被测件在工作状态下的电流信息，以完成对被测芯片的功率附加效率测试。

可选地，所述矢量网络分析仪与所述程控电源通过GPIB线连接。

更可选地，所述在片测试系统还包括功率计，所述功率计在测试前连接所述扩频模块以获取所述扩频模块输出信号的功率信息，并将所述功率信息发送给所述矢量网络分析仪，以实现对输出功率进行校准。

更可选地，所述在片测试系统应用于毫米波太赫兹波段，所述扩频模块将所述矢量网络分析仪提供的激励信号扩频至毫米波太赫兹波段。

如上所述，本发明的扩频模块及在片测试系统，具有以下有益效果：

本发明的在片测试系统通过扩频模块设计两条信号通路，采用微波开关切换的方式获得线性参数测试需要的“小信号”输出功率，和非线性参数测试需要的“大信号”输出功率，进而使得整个测试系统将测试参考面校准至探针尖处，完成高低温在片测试系统下的毫米波太赫兹放大器芯片的线性和非线性参数连续频率扫描的幅相测试。

附图说明

图1显示为本发明的扩频模块的结构示意图。

图2显示为本发明的在片测试系统的结构示意图。

元件标号说明

1 扩频模块

11 微波开关

12 第一倍频器

13 第二倍频器

14 放大器

15 定向耦合器

16 双定向耦合器

17 衰减器

18 第一混频器

19 第二混频器

2 矢量网络分析仪

3 探针台

4 程控电源

5 功率计

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种扩频模块1，所述扩频模块1包括：

微波开关11，第一倍频器12，第二倍频器13，放大器14，定向耦合器15，双定向耦合器16，衰减器17，第一混频器18及第二混频器19。

如图1所示，所述微波开关11接收激励信号及触发信号，基于所述触发信号将所述激励信号发送至所述第一倍频器12或所述第二倍频器13。

具体地，在本实施例中，所述微波开关11为单刀双掷开关，包括一个输入端、一个控制端及两个输出端，所述微波开关11的输入端接收所述激励信号，所述激励信号为基波射频信号；所述微波开关11的控制端连接所述触发信号；所述微波开关11的两个输出端分别连接所述第一倍频器12及第二倍频器13，以将所述激励信号送入小信号通路或大信号通路。作为示例，当所述触发信号为低电平时，小信号通路导通，所述激励信号输出至所述第一倍频器12；当所述触发信号为高电平时，大信号通路导通，所述激励信号输出至所述第二倍频器13；在实际使用中可根据需要设定所述触发信号的电平与信号通路的对应关系，不以本实施例为限。

如图1所示，所述第一倍频器12连接所述微波开关11的第一输出端，对所述激励信号进行倍频，得到第一倍频信号。

具体地，在本实施例中，所述第一倍频器12对所述激励信号进行倍频，以将其频率扩展至毫米波太赫兹频段。在实际使用中可基于需要将所收激励信号倍频至预设频段，不以本实施例为限。

如图1所示，所述第二倍频器13连接所述微波开关11的第二输出端，对所述激励信号进行倍频，得到第二倍频信号。

具体地，在本实施例中，所述第二倍频器13对所述激励信号进行倍频，以将其频率扩展至毫米波太赫兹频段。在实际使用中可基于需要将所收激励信号倍频至预设频段，不以本实施例为限。

如图1所示，所述放大器14连接所述第二倍频器13的输出端，对所述第二倍频信号进行放大。

如图1所示，所述定向耦合器15连接所述第一倍频器12及所述放大器14的输出端，将所述第一倍频器12或所述放大器14的输出信号传输至所述双定向耦合器16。

具体地，在本实施例中，所述定向耦合器15的直通输入端连接所述放大器14的输出端，经由主路将所述放大器14的输出信号直通输出；所述定向耦合器15的耦合输入端连接所述第一倍频器12的输出端，将所述第一倍频器12的输出信号从支路耦合至主路后输出。

如图1所示，所述双定向耦合器16连接所述定向耦合器15的输出端，将所述定向耦合器15的输出信号的一部分直通输出，另一部分耦合输出作为参考信号，并将所述衰减器17输出的测试件的反馈信号由另一路耦合输出作为测试信号。

具体地，在本实施例中，所述双定向耦合器16包括两条通路；所述定向耦合器15的输出信号连接所述双定向耦合器16的第一输入端，所述定向耦合器15的输出信号中大部分经由第一主路输出至第一直通输出端，用于测试；所述定向耦合器15的输出信号中小部分从所述第一主路耦合至第一支路并通过第一耦合输出端输出，作为参考信号。所述衰减器17输出的所述测试件的反馈信号连接所述双定向耦合器16的第二输入端，所述测试件的反馈信号通过第二主路输入所述双定向耦合器16，一部分从所述第二主路耦合至第二支路并通过第二耦合输出端输出。

如图1所示，所述衰减器17连接所述双定向耦合器16，对所述双定向耦合器16输出的所述第一倍频信号进行衰减以得到小信号功率输出(线性参数)，并将所述双定向耦合器16输出的所述第二倍频信号直接输出(不进行衰减处理)得到大信号功率输出(非线性参数)。

具体地，在本实施例中，所述衰减器17为衰减度可调的衰减器，可根据需要调节衰减度，进一步简化操作。

需要说明的是，本发明所述的“小信号功率输出”及“小信号”是指线性区的信号，线性区的频谱及功率满足：输出等于k倍输入，k为不等于零的实数。本发明所述的“大信号功率输出”及“大信号”是指非线性区的信号，非线性区的频谱及功率满足：输出特性与输入不成线性相关，包括但不限于功率压缩或三阶交调。不同的被测件有不同的线性区和非线性区的边界，可基于不同被测件对所述扩频模块1的中各器件参数进行设置，在此不以一一赘述。

如图1所示，所述第一混频器18连接所述双定向耦合器16，将所述参考信号下变频，得到参考中频信号。

具体地，所述第一混频器18的射频输入端连接所述双定向耦合器16的第一耦合输出端，所述第一混频器18的本振输入端接收本振信号，通过混频对所述参考信号进行下变频，所述第一混频器18的输出端输出参考中频信号。

如图1所示，所述第二混频器19连接所述双定向耦合器16，将所述被测件的反馈信号下变频，得到测试中频信号。

具体地，所述第二混频器19的射频输入端连接所述双定向耦合器16的第二耦合输出端，所述第二混频器19的本振输入端接收所述本振信号，通过混频对所述被测件的反馈信号进行下变频，所述第二混频器19的输出端输出测试中频信号。其中，所述被测件的反馈信号包括但不限于所述被测件的反射信号及所述被测件输出的测试信号，任意包括测试信息的信号均于本发明的被测件的反馈信号，在此不一一赘述。

本发明的扩频模块可应用于任意需要进行线性、非线性参数测试的系统，可避免测试不同参数时对系统的反复搭建，有效简化操作繁琐性，同时提高测试性能。

实施例二

如图2所示，本实施例提供一种在片测试系统，所述在片测试系统包括：

矢量网络分析仪2，探针台3及扩频模块1。

如图2所示，所述矢量网络分析仪2用于产生测试所需的激励信号并对测试中频信号进行处理。

具体地，所述矢量网络分析仪2是一种电磁波能量的测试设备，它既能测量单端口网络或两端口网络的各种参数幅值，又能测相位。作为示例，所述矢量网络分析仪2用于完成毫米波太赫兹频段下的线性参数和非线性参数的测试，包括但不限于S参数，增益xdB压缩，功率P-xdB特性及驻波测试，在此不一一赘述。

具体地，在本实施例中，所述矢量网络分析仪2包括收发测试模块、参考接收模块及信号处理模块；所述收发测试模块连接所述扩频模块1，为所述扩频模块1提供激励信号和本振信号，并接收所述扩频模块1输出的测试中频信号。所述参考接收模块连接所述扩频模块1，接收所述扩频模块1输出的参考中频信号。所述信号处理模块连接所述收发测试模块及所述参考接收模块，对所述参考中频信号及所述测试中频信号进行处理，以得到测试结果。

需要说明的是，所述矢量网络分析仪2不限于本实施例列举的模块，任意可用于辅助测试的模块均适用于本发明的矢量网络分析仪2，不以本实施例为限。

如图2所示，所述扩频模块1连接所述矢量网络分析仪2，对所述矢量网络分析仪2输出的激励信号的频率进行扩展得到用于测试的线性参数及非线性参数，并将所述被测件的反馈信号转化为测试中频信号传输至所述矢量网络分析仪2。

具体地，所述扩频模块1的结构及工作原理参见实施例一，在此不一一赘述。在本实施例中，所述在片测试系统应用于毫米波太赫兹频段，所述扩频模块1中的第一倍频器及所述第二倍频器将所述激励信号扩频至毫米波太赫兹频段，使得所述矢量网络分析仪2能处理毫米波太赫兹频段的信号。所述放大器为毫米波太赫兹放大器，所述第一混频器及所述第二混频器为毫米波太赫兹混频器，所述衰减器为毫米波太赫兹可调衰减器。

如图2所示，所述探针台3连接所述扩频模块1，用于承载固定被测件并基于所述扩频模块提供的参数对所述被测件进行测试。

具体地，所述探针台3包括但不限于手动探针台、半自动探针台、全自动探针台或带温控系统的高低温探针台。在本实施例中，采用高低温探针台，为被测件提供测试所需的温度环境，以此实现毫米波太赫兹频段线性和非线性频率扫描多参数高低温在片测试。所述被测件包括但不限于被测芯片，本实施例中，所述被测件为毫米波太赫兹放大器芯片。

如图2所示，作为本发明的一种实现方式，所述矢量网络分析仪2与所述扩频模块1通过同轴电缆连接，所述扩频模块1与所述探针台3通过波导转共面波导适配器连接。在实际使用中，可根据需要选择不同的方式连接所述矢量网络分析仪与所述扩频模块、所述扩频模块与所述探针台，在此不一一赘述。

如图2所示，作为本发明的一种实现方式，所述在片测试系统还包括程控电源4，所述程控电源4连接所述矢量网络分析仪2，为所述被测件提供直流供电，并通过与所述矢量网络分析仪2的通信控制接口连接实时监测所述被测件在工作状态下的电流信息，对被测件(包括但不限于毫米波太赫兹放大器芯片)实现包括但不限于功率附加效率的测试(Power-added efficiency，PAE)。作为示例，所述矢量网络分析仪2与所述程控电源4通过GPIB线连接。在实际使用中，可根据需要选择不同的方式连接所述矢量网络分析仪与所述程控电源，在此不一一赘述。

如图2所示，作为本发明的一种实现方式，所述在片测试系统还包括功率计5，所述功率计5在测试前连接所述扩频模块1以获取所述扩频模块1输出信号的功率信息，并将所述功率信息发送给所述矢量网络分析仪2，以实现对输出功率的校准。

本发明的在片测试通过毫米波太赫兹扩频模块设计两条信号通路，采用微波开关切换的方式获得线性参数测试需要的“小信号”输出功率，和非线性参数测试需要的“大信号”输出功率，进而使得整个测试系统可以在高低温环境下完成毫米波太赫兹放大器的线性和非线性参数在片测试系统的幅相误差校准，以及连续频率扫描在片测试；一次连接校准即可获得线性和非线性参数的幅度相位信息，无需频繁拆卸搭建多个系统；同时将测试参考面从波导端口移至探针尖处，有效降低测试不确定度，同时提高测试效率。

综上所述，本发明提供一种扩频模块及在片测试系统，其中，扩频模块包括：微波开关，第一倍频器，第二倍频器，放大器，定向耦合器，双定向耦合器，衰减器，第一混频器及第二混频器；所述微波开关接收激励信号及触发信号，基于所述触发信号将所述激励信号发送至所述第一倍频器或所述第二倍频器；所述第一倍频器连接所述微波开关的第一输出端，对所述激励信号进行倍频，得到第一倍频信号；所述第二倍频器连接所述微波开关的第二输出端，对所述激励信号进行倍频，得到第二倍频信号；所述放大器连接所述第二倍频器的输出端，对所述第二倍频信号进行放大；所述定向耦合器连接所述第一倍频器及所述放大器的输出端，将所述第一倍频器或所述放大器的输出信号传输至所述双定向耦合器；所述双定向耦合器将所述定向耦合器的输出信号的一部分直通输出，另一部耦合输出作为参考信号，并将所述衰减器输出的测试件的反馈信号耦合输出；所述衰减器连接所述双定向耦合器，对所述双定向耦合器输出的所述第一倍频信号进行衰减得到用于测试的线性参数，将所述双定向耦合器输出的所述第二倍频信号的放大信号直接输出得到用于测试的非线性参数；所述第一混频器连接所述双定向耦合器，将所述参考信号下变频，得到参考中频信号；所述第二混频器连接所述双定向耦合器，将所述被测件的反馈信号下变频，得到测试中频信号。本发明的在片测试系统通过扩频模块设计两条信号通路，采用微波开关切换的方式获得线性参数测试需要的“小信号”输出功率，和非线性参数测试需要的“大信号”输出功率，同时设置高低温探针台，进而使得整个测试系统可以在高低温环境下完成毫米波太赫兹放大器的线性和非线性参数在片测试系统的幅相误差校准，以及连续频率扫描在片测试。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。