一种射频探针模型参数提取方法及装置

技术领域

本发明涉及射频微波毫米波探针技术领域，特别涉及一种射频探针模型参数提取方法及装置。

背景技术

随着5G、6G、卫星通信等新一代通信技术与半导体制造工艺的快速发展，测试频率已由射频频段向微波毫米波乃至亚毫米波频段延伸，在裸芯片测试时必须使用射频探针。射频探针作为在片测试时，被测器件与测试系统连接的最直接过渡连接装置，其性能的好坏直接影响整体测试结果。射频微波毫米波探针电路模型及行为模型参数的精准与否对测试结果的好坏起着至关重要的作用。

射频测试在测试前必须要进行系统校准，但现有自校准算法受实物物理排布限制，应用范围受限；而且大部分自校准算法还必须确定射频探针与相应校准件配合的模型参数，当前探针模型参数由电磁仿真所得，该方法精度较低，且难以适应毫米波乃至亚毫米对测试精度的要求。

发明内容

本发明提供了一种射频探针模型参数提取方法及装置，采用该方法提取得到的模型参数精度高、适用范围更广。

第一方面，本发明提供了一种射频探针模型参数提取方法，包括：

获取矢量网络分析仪的初始参数和校准标准件的前置参数；所述初始参数包括起止频点和频率步进，所述校准标准件包括反射开路、反射短路、匹配负载和双端口校准标准件直通；

连接待测射频探针与所述校准标准件，获取测试S参数；

采用自校准算法，基于所述前置参数和所述测试S参数确定所述待测射频探针与所述校准标准件的反射系数；

将所述反射系数转换为初始模型参数；

根据所述初始模型参数和所述初始参数，确定目标模型参数。

可选地，所述反射系数包括开路标准件反射系数、短路标准件反射系数、负载标准件反射系数；所述初始模型参数包括开路电容、短路电感、负载电感。

可选地，所述将所述反射系数转换为初始模型参数，包括：

根据所述校准标准件的等效电路模型、所述待测射频探针的特征阻抗和所述开路标准件反射系数，计算得到所述开路电容；

根据所述校准标准件的等效电路模型、所述待测射频探针的特征阻抗和所述短路标准件反射系数，计算得到所述短路电感；

根据所述校准标准件的等效电路模型、所述待测射频探针的特征阻抗和所述负载标准件反射系数，计算得到所述负载电感。

可选地，所述根据所述初始模型参数和所述初始参数，确定目标模型参数，包括：

根据所述起止频点和所述频率步进，确定所述初始模型参数对应的权重；

根据所述权重对所述初始模型参数进行加权计算，得到所述目标模型参数；其中，所述目标模型参数包括目标开路电容、目标短路电感、目标负载电感。

可选地，所述目标模型参数通过如下公式计算得到：

其中，C

可选地，在所述获取测试S参数之前，还包括根据所述前置参数确定校准平面修正矩阵。

可选地，所述自校准算法采用基于十项误差模型的LRRM算法。

可选地，所述初始参数还包括输出功率、中频带宽和平均次数。

可选地，所述前置参数包括所述双端口校准标准件直通的延时与插入损耗、匹配负载的直流电阻。

第二方面，本发明提供了一种射频探针模型参数提取装置，包括：

获取模块，用于获取矢量网络分析仪的初始参数和校准标准件的前置参数；所述初始参数包括起止频点和频率步进，所述校准标准件包括反射开路、反射短路、匹配负载和双端口校准标准件直通；并连接待测射频探针与所述校准标准件，获取测试S参数；

反射系数确定模块，用于采用自校准算法，基于所述前置参数和所述测试S参数确定所述待测射频探针与所述校准标准件的反射系数；

转换模块，用于将所述反射系数转换为初始模型参数；

参数确定模块，用于根据所述初始模型参数和所述初始参数，确定目标模型参数。

第三方面，本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本说明书任一第一方面所述的方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机中执行时，令计算机执行本说明书任一第一方面所述的方法。

本发明实施例提供了一种射频探针模型参数提取方法及装置，该方法通过获取实测的测试S参数，采用自校准算法获得反射系数，在将该反射系数转换为初始模型参数后，结合包括起止频点和频率步进的初始参数进一步确定目标模型参数。如此，模型参数在校准过程中可自动获得，不再依赖于电磁仿真的参数，而是借助实测S参数通过起止频点和频率步进对初始模型参数进行优化，更符合物理实际，所提取到的目标模型参数的精度更高，进而有效解决现有射频微波毫米波探针精度不足、适用范围受限的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种射频探针模型参数提取方法的流程图；

图2是本发明一实施例提供的一种基于八项误差模型的信号流图；

图3是本发明一实施例提供的一种基于十项误差模型的信号流图；

图4是本发明一实施例提供的平行向在片校准标准件的示意图；

图5是本发明一实施例提供的校准标准件的等效电路模型的示意图；

图6是本发明一实施例提供的一种计算设备的硬件架构图；

图7是本发明一实施例提供的一种射频探针模型参数提取装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

当前射频探针对应在片校准件的模型参数为：开路电容、短路电感、负载电阻和电感，而这些模型参数主要通过电磁仿真软件以有限元法通过仿真所得，但使用该方法获得的模型参数有以下几点主要缺陷：

1)由于电磁仿真所得模型参数只是对现实情况的近似和简化后的数学描述，因此随着频率升高，各种寄生效应对模型参数的影响越来越大，电磁仿真所得的结果逐渐劣化，其精度表现越来越差，一般认为20GHz以上已经失准，仿真模型精度已不适合高频高精度测试所需，不能满足5G、6G、卫星通信等新一代通信对校准精度的要求。

2)由于商业原因，在测试人员使用不同品牌的射频探针和在片校准片时，无法获得模型参数，且探针针尖与在片校准件的精细三维尺寸、材料信息均为商业机密，使用端无法根据参数重新进行电磁仿真来获得适配的校准模型参数，这给实际使用带来极大不便。

3)此外随着射频探针的多次使用，针尖的磨损和形变对校准模型参数亦有影响，而采用精密三维形貌测量获得数据后再进行电磁仿真的技术难度和成本投入过高，不具备实际可行性。

因此由于技术条件的限制，当前射频微波毫米波探针模型参数提取方法仍存在明显的不足和缺陷，还有很大的改进空间。本发明则提出以当前实际获取到的测试S参数出发，结合起止频点和频率步进经处理得到目标模型参数的方法，从而避免上述缺陷。

下面描述本申请构思的具体实现方式。

请参考图1，本发明实施例提供了一种射频探针模型参数提取方法，该方法包括：

步骤100，获取矢量网络分析仪的初始参数和校准标准件的前置参数；初始参数包括起止频点和频率步进，校准标准件包括反射开路、反射短路、匹配负载和双端口校准标准件直通；

步骤102，连接待测射频探针与校准标准件，获取测试S参数；

步骤104，采用自校准算法，基于前置参数和测试S参数确定待测射频探针与校准标准件的反射系数；

步骤106，将反射系数转换为初始模型参数；

步骤108，根据初始模型参数和初始参数，确定目标模型参数。

本发明实施例中，该方法通过获取实测的测试S参数，采用自校准算法获得反射系数，在将该反射系数转换为初始模型参数后，结合包括起止频点和频率步进的初始参数进一步确定目标模型参数。如此，模型参数在校准过程中可自动获得，不再依赖于电磁仿真的参数，而是借助实测S参数通过起止频点和频率步进对初始模型参数进行优化，更符合物理实际，所提取到的目标模型参数的精度更高，进而有效解决现有射频微波毫米波探针精度不足、适用范围受限的问题。

需要说明的是，待测射频探针可以为单边悬臂射频探针，也可以为复杂的射频直流混合探卡，其射频端口为2端口及以上，射频探针的结构可以是GS/SG、GSG、SGS、GSSG、GSGSG等排布方式。

在本发明一实施例中，反射开路、反射短路、匹配负载和双端口校准标准件直通的物理尺寸和加工工艺相同，以保证参数一致。

下面描述图1所示的各个步骤的执行方式。

步骤100中的初始参数包括起止频点、频率步进、输出功率、中频带宽和平均次数。前置参数包括双端口校准标准件直通的延时与插入损耗、匹配负载的直流电阻。

需要说明的是，在本发明中，起止频点所包括的频率范围可以为微波、毫米波及亚毫米波频段。

在步骤100之后，在步骤102之前，还包括根据前置参数确定校准平面修正矩阵。

在步骤102中，采集测试S参数时，分别测量开路、短路、负载、直通在片标准件，其中对测试顺序并无要求，由自校准算法将校准端面延伸至探针尖，在校准完成后，重新测量开路、短路、负载在片标准件，并以相应数据格式将数据妥善存储下来。如此重新采集相应数据则避免了校准中采集用的数据在一些算法中会被简化处理的问题，确保了所获取的测试S参数的真实性和准确性。

在步骤104中，反射系数包括开路标准件反射系数、短路标准件反射系数、负载标准件反射系数。

在一个具体的实施方式中，自校准算法包括但不限于采用如图2所示的基于八项误差模型的LRRM算法，或如图3所示的采用基于十项误差模型的LRRM算法。

在本发明中，自校准算法，不依赖于单端口校准件(开路、短路、负载的模型参数)，对射频探针压针位置不敏感，相关参数可以在校准过程中自动计算出来，相较于电磁仿真法其精度更高。

需要说明的是，在如图2所示的为基于四接收机架构的双端口S参数测试八项误差模型(其中E00～E33为误差项)信号流图，a1M、b1M代表矢量网络分析仪校1端口准到射频探针端面的入射波与反射波，a1A、b1A代表被测件实际输入端面的入射波与反射波，E00、E01、E10、E11代表射频探针端面与被测件需要被表征端面间引线结构带来的测试误差，需要通过去嵌算法修正，二端口同理。图3在图2基础上对八项误差模型进行拓展考虑隔离项的影响，增加正向隔离E21和反向隔离E12，表征端口间信号泄露对测试结果的影响，将其修正为如图3所示的十项误差模型，开发出eLRRM+(ehenced-Line、Reflect-Open、Reflect-Short、Match-Plus，即增强型传输线、反射开路、反射短路、负载匹配)校准方法，该方法既结合了SOLT(短路、开路、负载、直通)、LRM(传输线、反射、匹配)校准方法的操作便捷，同时又与TRL(直通、反射、传输线)校准方法相似对校准件参数依赖度低，同时不受测试频率带宽的限制；这种十项误差模型在兼容常见八项误差模型的同时，进一步提高校准结果的精度。而且，采用eLRRM+算法只需要知道如图4所示直通(Thru)标准件的延时τ与插入损耗IL及匹配负载(Match/Load)的直流电阻R

在本发明的步骤104中，以单端口校准标准件：反射开路、反射短路、匹配负载，双端口校准标准件直通的测试S参数与步骤100的前置参数使用自校准算法，获得修正参数并分别计算射频微波探针与相应校准件对应开路、短路、负载标准件反射系数。

在步骤106中，初始模型参数包括开路电容、短路电感、负载电感；将反射系数转换为初始模型参数，包括：

根据校准标准件的等效电路模型、待测射频探针的特征阻抗和开路标准件反射系数，计算得到开路电容；

根据校准标准件的等效电路模型、待测射频探针的特征阻抗和短路标准件反射系数，计算得到短路电感；

根据校准标准件的等效电路模型、待测射频探针的特征阻抗和负载标准件反射系数，计算得到负载电感。

具体地，开路电容、短路电感、负载电感分别通过如下公式计算得到：

其中，f用于表征频率，单位Hz；C

需要说明的是，校准标准件的等效电路模型如图5所示。

在步骤108中，根据初始模型参数和初始参数，确定目标模型参数，包括：

根据起止频点和频率步进，确定初始模型参数对应的权重；

根据权重对初始模型参数进行加权计算，得到目标模型参数；其中，目标模型参数包括目标开路电容、目标短路电感、目标负载电感。

在一些优选的实施方式中，目标模型参数通过如下公式计算得到：

其中，C

在本发明中，将采集到的数据转换成对应每个频点下的初始模型参数后，通过公式(4)～(6)使用频率加权算法对所有参数进行处理，得到最终的目标模型参数。而且，该方法可以利用采集到的全部数据，降低因样本偏移对结果的影响，同时对不同频率赋以不同的权值，更符合物理实际，拟合精度高，因此使用不受不同品牌探针与校准件供应商所建的商业壁垒限制，自校准算法的高频精度和适用范围明显好于电磁仿真，可更加精准便捷地获得射频微波毫米波探针模型参数。本发明不仅适用于普通的单边悬臂射频探针，也适用于复杂的射频直流混合探卡。

如图6、图7所示，本发明实施例提供了一种射频探针模型参数提取装置。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。从硬件层面而言，如图6所示，为本发明实施例提供的一种射频探针模型参数提取装置所在计算设备的一种硬件架构图，除了图6所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的计算设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等。以软件实现为例，如图7所示，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在计算设备的CPU将非易失性存储器中对应的计算机程序读取到内存中运行形成的。本实施例提供的一种射频探针模型参数提取装置，该装置包括：

获取模块700，用于获取矢量网络分析仪的初始参数和校准标准件的前置参数；初始参数包括起止频点和频率步进，校准标准件包括反射开路、反射短路、匹配负载和双端口校准标准件直通；并连接待测射频探针与校准标准件，获取测试S参数；

反射系数确定模块702，用于采用自校准算法，基于前置参数和测试S参数确定待测射频探针与校准标准件的反射系数；

转换模块704，用于将反射系数转换为初始模型参数；

参数确定模块706，用于根据初始模型参数和初始参数，确定目标模型参数。

在一些具体的实施方式中，获取模块700可用于执行上述步骤100和步骤102，反射系数确定模块702可用于执行上述步骤104，转换模块704可用于执行上述步骤106，参数确定模块706可用于执行上述步骤108。

在本发明的一个实施例中，初始参数包括起止频点、频率步进、输出功率、中频带宽和平均次数。前置参数包括双端口校准标准件直通的延时与插入损耗、匹配负载的直流电阻。

在本发明的一个实施例中，该装置还用于执行如下操作：根据前置参数确定校准平面修正矩阵。

在本发明的一个实施例中，反射系数包括开路标准件反射系数、短路标准件反射系数、负载标准件反射系数。初始模型参数包括开路电容、短路电感、负载电感；

在本发明的一个实施例中，自校准算法采用基于十项误差模型的LRRM算法。

在本发明的一个实施例中，转换模块704还用于执行如下操作：

根据校准标准件的等效电路模型、待测射频探针的特征阻抗和开路标准件反射系数，计算得到开路电容；

根据校准标准件的等效电路模型、待测射频探针的特征阻抗和短路标准件反射系数，计算得到短路电感；

根据校准标准件的等效电路模型、待测射频探针的特征阻抗和负载标准件反射系数，计算得到负载电感。

在本发明的一个实施例中，参数确定模块706还用于执行如下操作：

根据起止频点和频率步进，确定初始模型参数对应的权重；

根据权重对初始模型参数进行加权计算，得到目标模型参数；其中，目标模型参数包括目标开路电容、目标短路电感、目标负载电感；

其中，C

可以理解的是，本发明实施例示意的结构并不构成对一种射频探针模型参数提取装置的具体限定。在本发明的另一些实施例中，一种射频探针模型参数提取装置可以包括比图示更多或者更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或者软件和硬件的组合来实现。

上述装置内的各模块之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本发明实施例还提供了一种计算设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明任一实施例中的一种射频探针模型参数提取方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例中的一种射频探针模型参数提取方法。

具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。

在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。

用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。

此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。

此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。