有关 在片晶圆校准测量 一问一答
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作者:juncoax2018new
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发布时间: 2020-07-01
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在片晶圆校准测量
在片负载详细计算时 , 为什么设置为 500 欧姆 ?
矢网中的负载模型等效为有一定时延的传输线串联一电阻，其中负载模型中传输线的阻抗和时延（或长度）用以补偿负载的串联电感，简单来说，可以根据传输线的时延和阻抗计算出等效电感值，这个计算在高阻下是成立的，由于大多数矢量网络分析仪能够允许输入的负载的偏移阻抗最高值是 500 ohm，因此一般采用 500 ohm 作为传输线的阻抗，即负载的偏移阻抗。针对在片即 ISS 里面的负载，我们把 ISS 负载提供的电感值除以500，即 ISS 负载的 delay 值，负载的 Z0 设为 500ohm。
矢网能测量晶体管的输出阻抗吗？需要额外的仪器设备吗？
可以，如果是冷态的输出阻抗，测量 S22 即可。如果是要测量热态下的输出阻抗，目前有两种测试方案，一种是 Keysight 的非线性矢量网络分析仪 (NVNA)，为了解决小信号 S 参数（冷态）无法准确描述器件的非线性特性，军友公司在 2008 年推出了非线性矢量网络分析仪 (Nonlinear Vector Network Analyzer)，非线性矢网 NVNA 是在 Keysight 微波系列矢量网络分析仪PNA-X 的基础上配上非线性选件，以及 3 种校准件 --- 矢量校准件 (Ecal 或机械校准件 )、功率探头和相位校准件来实现的，非线性矢网 NVNA 可以很精确的完成基波分量的幅度和相位，以及谐波分量的幅度和相位测量测量，并在此基础上可以得到器件在热态下的输出阻抗。由于 NVNA 功能太强大，相对也复杂一些， 军友 公司基于 NVNA 的算法在 2018 年推出了一个测量选件 110/111(Active hot parameters) ，设置更简单，测试速度也更快，专门针对放大器热态下的输出阻抗测试，这就是另外一个测试方案。
那矢网直接测量晶体管输出端的阻抗，这种测量有用吗？用在哪方面？
设计 PA，需要知道晶体管在热态工作下的输出阻抗，根据晶体管的输出阻抗和负载阻抗的共轭关系，设计出晶体管的负载匹配网络，以实现 PA 的性能（例如最大输出功率、PAE、OIP3 等）
要测输出阻抗就需要 loadpull 了，maury。
PA 设计需要知道该器件在什么样的源阻抗和负载阻抗的条件下才能达到最佳的性能指标。这就引入了 loadpull 的概念⸺人为地在被测器件的输入和输出端口上，给被测器件呈现特定的阻抗（幅度和相位），在测量被测器件参数的同时，不断地对这种人为施加的阻抗值进行更改，直到找出在某个阻抗条件下，所测量的参数达到所需的性能指标为止，业内把这种阻抗迭代的方法就称为负载牵引（LoadPull）。Loadpull 是先到负载阻抗，并且根据输出阻抗和负载阻抗共轭，来得到输出阻抗，这是一种间接测量方案，当然还有直接的测量方案，就是 Keysight 公司的非线性矢量网络分析仪 (Nonlinear Vector Network Analyzer) 或测量选件 110/111(Active hot parameters)，这两个测量方案可以直接测出输出阻抗。
在片晶圆校准 怎样对功放测试 进行全面的校准，是用AFR 技术吗？比如测噪声系数。
Keysight 的微波矢量网络分析仪 PNA-X 功能强大，可以单次连接完成多种测量。在 PNA-X 上创建 S 参数、增益压缩、噪声系数、三阶交调，谐波、杂散等多种测量通道，然后在探针端面用 CalAll 一次性校准所有测量通道，CalAll 校准时，在功率计 /噪声源设置步骤选中 de-embed adapter，向导会自动引导做同轴端面的功率校准 / 噪声校准，以及同轴和在片两个端面的 S参数校准，这样可以提取探针的特性参数，把功率 / 噪声测量端面从同轴端面迁移到探针端面，从而保证所有的测量端面都在探针端面。需要说明的，PNA-X 既支持用功率计 / 功率探头对 PNA-X 的噪声接收机做噪声校准，也支持用噪声源对 PNA-X的噪声接收机做噪声校准。
自动夹具去除 及其他校准技术，怎样进行 On Wafer 测试？
在片测试通常用晶圆在片的校准件（ISS）来进行校准，可以在矢量网络分析仪上创建 Calkit 文件进行 ON-Wafer 的 SOLT 或TRL 校准，也可以利用探针台产商例如 Formfactor/Cascade 的商业软件 Wincal 进行在片校准，校准方法包括 SOLT/Mulit-Line TRL/LRRM 等。
在 On Wafer 测试中，噪声系数测量中，怎么用校准件来校准？
PNA-X 测量噪声系数是先测量出噪声功率，再根据噪声功率得到噪声系数。而噪声功率的测量也是功率测量的一种，在校准向导中，在功率计 / 噪声源设置页，选中 de-embed adapter 选项并选择对应的同轴校准件，后面校准的步骤会包含同轴端面的功率校准 / 噪声校准，以及同轴和在片端面的 S 参数校准，这样就能自动提取出探针的 S 参数，把噪声测量端面迁移到探针端面。一般会结合了在片的 S 参数校准（需要同轴校准件和ISS）和同轴的噪声校准（需要噪声源或功率探头 / 功率计）。
我们使用网分进行片上测量，校准通过后，却出现实测 S参数大于 0 的情况，校准使用的 wincal 校准软件，均已达标。为何实测不对呢？
很有可能还是校准出了问题，可以验证探针扎针的质量如何，并观察在校准的过程中，扎到短路、负载、直通时矢网显示的特性是否正常，校准后测量一段延迟线或开路，观察驻波或损耗是否正常。如果 Wincal 校准后的验证通过，实测时候大于0dB，不知道你说的是 S21 还是 S11/S22 大于 0dB，理论上来说，有很多可能，比如说，电缆的幅度相位稳定性，探针的一致性，被测裸管或 Die 或 MMIC 输入输出的隔离不好，如果有实际的数据更方便我们分析。
在片用 SOLT 校准完以后，THRU 正常，然后用探针测试校准片上的 delay 线，发现 THRU 曲线不平滑，曲线是波浪形的，这是什么原因呢？
对于在片的 defined thru 校准，校准后重复测量直通只是验证了校准测量的重复性，无法真正验证校准质量。测量一段延迟线是可以的，测量延迟线出现较大纹波，通常是由失配引起的，失配说明校准完后没有保证测量环境是在 50ohm 阻抗下，这个可能是校准件或校准算法引起的，也有可能是测量电缆本身的幅度相位稳定性或探针的一致性不太好引起的。
在进行 TRL 校准时，校准完成后，探针抬起，S11 本来应该为一条在 0dB 的直线，但是在三十几 G 的地方出现了一个 20dB 的突起，这是什么原因造成的？
这个是因为端口 1 抬起后，其实不是一个理想的 open，在片测试通常不同端口之间的隔离是比较差的，可能 30dB 不到，这样导致 S11 在某些频点有谐振，如果想消除这个现象，最好在wafer下面加一个吸波片，以提高隔离度。
在测 50G 的 条 件 下，LRRM 校准完几分钟就会看到open 和 short 以及器件测试结果有高频打绕现象，请问怎么解决？
有几个可能的原因，第一，电缆的稳定性不太好，第二，探针的一致性差了一点，第三，端口隔离不太好，需要有吸波片放在wafer下面，这几个原因都需要单独去验证。
在使用 TRL 在片校准校准方式对矢网进行校准到 50G，但在高频 40 几 G 时测得的 s 参数会有凹坑现象，这是矢网校准方法原因还是校准件原因呢？
抛开测试电缆和探针的稳定性 / 一致性影响，主要是校准件质量的问题，因为 TRL 校准要求 Thru/Line/Reflect 的特性阻抗都是 50ohm，实际工程实现多少有点不理想，如果不想改进 TRL校准件，可以改用 LRRM 或者 Multi-Line TRL 校准，凹陷会减小。
MS 结构和 CPW 结构器件的 TRL 在片校准方法如果一样，那对校准件有什么要求没有？
采用微带线和共面波导实现的 TRL 校准件，本质上要求是一样的，要求是 50ohm 传输线，如果能够保证 50ohm 传输线，那么校准件的质量就可以保证。
片上校准，smart cal-unknown throu-open/short/load/through，这个只是 S 参数校准是吗，其他校准，比如功率校准等，在哪些情况下时必须的呢？
这个只是 S 参数，如果需要测量跟功率相关的测量，比如说输入输出功率，1dB 压缩点，IMD，谐波等等，就需要功率校准。
片上校准的二端口 S 参数，校准后，反射参数 S1122 会趋近于水平线，而 S12/21 仍是波动的吗？
如果校准质量较好，校准后测量直通的 S21 和 S12 会很平滑（如果用未知直通校准，会有一定的损耗 ；如果用 defined thru，并且 Calkit 里面 defined thru 的 loss 设置是 0dB，会是 0 dB 的插损）。
cs-150 校准件说明书上，是 unknown throu，需要改成defined throu 吗？
不需要。用 unknown thru 是没有问题的。
文章转载至Keysight 技术文章
矢网中的负载模型等效为有一定时延的传输线串联一电阻，其中负载模型中传输线的阻抗和时延（或长度）用以补偿负载的串联电感，简单来说，可以根据传输线的时延和阻抗计算出等效电感值，这个计算在高阻下是成立的，由于大多数矢量网络分析仪能够允许输入的负载的偏移阻抗最高值是 500 ohm，因此一般采用 500 ohm 作为传输线的阻抗，即负载的偏移阻抗。针对在片即 ISS 里面的负载，我们把 ISS 负载提供的电感值除以500，即 ISS 负载的 delay 值，负载的 Z0 设为 500ohm。
矢网能测量晶体管的输出阻抗吗？需要额外的仪器设备吗？
可以，如果是冷态的输出阻抗，测量 S22 即可。如果是要测量热态下的输出阻抗，目前有两种测试方案，一种是 Keysight 的非线性矢量网络分析仪 (NVNA)，为了解决小信号 S 参数（冷态）无法准确描述器件的非线性特性，军友公司在 2008 年推出了非线性矢量网络分析仪 (Nonlinear Vector Network Analyzer)，非线性矢网 NVNA 是在 Keysight 微波系列矢量网络分析仪PNA-X 的基础上配上非线性选件，以及 3 种校准件 --- 矢量校准件 (Ecal 或机械校准件 )、功率探头和相位校准件来实现的，非线性矢网 NVNA 可以很精确的完成基波分量的幅度和相位，以及谐波分量的幅度和相位测量测量，并在此基础上可以得到器件在热态下的输出阻抗。由于 NVNA 功能太强大，相对也复杂一些， 军友 公司基于 NVNA 的算法在 2018 年推出了一个测量选件 110/111(Active hot parameters) ，设置更简单，测试速度也更快，专门针对放大器热态下的输出阻抗测试，这就是另外一个测试方案。
那矢网直接测量晶体管输出端的阻抗，这种测量有用吗？用在哪方面？
设计 PA，需要知道晶体管在热态工作下的输出阻抗，根据晶体管的输出阻抗和负载阻抗的共轭关系，设计出晶体管的负载匹配网络，以实现 PA 的性能（例如最大输出功率、PAE、OIP3 等）
要测输出阻抗就需要 loadpull 了，maury。
PA 设计需要知道该器件在什么样的源阻抗和负载阻抗的条件下才能达到最佳的性能指标。这就引入了 loadpull 的概念⸺人为地在被测器件的输入和输出端口上，给被测器件呈现特定的阻抗（幅度和相位），在测量被测器件参数的同时，不断地对这种人为施加的阻抗值进行更改，直到找出在某个阻抗条件下，所测量的参数达到所需的性能指标为止，业内把这种阻抗迭代的方法就称为负载牵引（LoadPull）。Loadpull 是先到负载阻抗，并且根据输出阻抗和负载阻抗共轭，来得到输出阻抗，这是一种间接测量方案，当然还有直接的测量方案，就是 Keysight 公司的非线性矢量网络分析仪 (Nonlinear Vector Network Analyzer) 或测量选件 110/111(Active hot parameters)，这两个测量方案可以直接测出输出阻抗。
在片晶圆校准 怎样对功放测试 进行全面的校准，是用AFR 技术吗？比如测噪声系数。
Keysight 的微波矢量网络分析仪 PNA-X 功能强大，可以单次连接完成多种测量。在 PNA-X 上创建 S 参数、增益压缩、噪声系数、三阶交调，谐波、杂散等多种测量通道，然后在探针端面用 CalAll 一次性校准所有测量通道，CalAll 校准时，在功率计 /噪声源设置步骤选中 de-embed adapter，向导会自动引导做同轴端面的功率校准 / 噪声校准，以及同轴和在片两个端面的 S参数校准，这样可以提取探针的特性参数，把功率 / 噪声测量端面从同轴端面迁移到探针端面，从而保证所有的测量端面都在探针端面。需要说明的，PNA-X 既支持用功率计 / 功率探头对 PNA-X 的噪声接收机做噪声校准，也支持用噪声源对 PNA-X的噪声接收机做噪声校准。
自动夹具去除 及其他校准技术，怎样进行 On Wafer 测试？
在片测试通常用晶圆在片的校准件（ISS）来进行校准，可以在矢量网络分析仪上创建 Calkit 文件进行 ON-Wafer 的 SOLT 或TRL 校准，也可以利用探针台产商例如 Formfactor/Cascade 的商业软件 Wincal 进行在片校准，校准方法包括 SOLT/Mulit-Line TRL/LRRM 等。
在 On Wafer 测试中，噪声系数测量中，怎么用校准件来校准？
PNA-X 测量噪声系数是先测量出噪声功率，再根据噪声功率得到噪声系数。而噪声功率的测量也是功率测量的一种，在校准向导中，在功率计 / 噪声源设置页，选中 de-embed adapter 选项并选择对应的同轴校准件，后面校准的步骤会包含同轴端面的功率校准 / 噪声校准，以及同轴和在片端面的 S 参数校准，这样就能自动提取出探针的 S 参数，把噪声测量端面迁移到探针端面。一般会结合了在片的 S 参数校准（需要同轴校准件和ISS）和同轴的噪声校准（需要噪声源或功率探头 / 功率计）。
我们使用网分进行片上测量，校准通过后，却出现实测 S参数大于 0 的情况，校准使用的 wincal 校准软件，均已达标。为何实测不对呢？
很有可能还是校准出了问题，可以验证探针扎针的质量如何，并观察在校准的过程中，扎到短路、负载、直通时矢网显示的特性是否正常，校准后测量一段延迟线或开路，观察驻波或损耗是否正常。如果 Wincal 校准后的验证通过，实测时候大于0dB，不知道你说的是 S21 还是 S11/S22 大于 0dB，理论上来说，有很多可能，比如说，电缆的幅度相位稳定性，探针的一致性，被测裸管或 Die 或 MMIC 输入输出的隔离不好，如果有实际的数据更方便我们分析。
在片用 SOLT 校准完以后，THRU 正常，然后用探针测试校准片上的 delay 线，发现 THRU 曲线不平滑，曲线是波浪形的，这是什么原因呢？
对于在片的 defined thru 校准，校准后重复测量直通只是验证了校准测量的重复性，无法真正验证校准质量。测量一段延迟线是可以的，测量延迟线出现较大纹波，通常是由失配引起的，失配说明校准完后没有保证测量环境是在 50ohm 阻抗下，这个可能是校准件或校准算法引起的，也有可能是测量电缆本身的幅度相位稳定性或探针的一致性不太好引起的。
在进行 TRL 校准时，校准完成后，探针抬起，S11 本来应该为一条在 0dB 的直线，但是在三十几 G 的地方出现了一个 20dB 的突起，这是什么原因造成的？
这个是因为端口 1 抬起后，其实不是一个理想的 open，在片测试通常不同端口之间的隔离是比较差的，可能 30dB 不到，这样导致 S11 在某些频点有谐振，如果想消除这个现象，最好在wafer下面加一个吸波片，以提高隔离度。
在测 50G 的 条 件 下，LRRM 校准完几分钟就会看到open 和 short 以及器件测试结果有高频打绕现象，请问怎么解决？
有几个可能的原因，第一，电缆的稳定性不太好，第二，探针的一致性差了一点，第三，端口隔离不太好，需要有吸波片放在wafer下面，这几个原因都需要单独去验证。
在使用 TRL 在片校准校准方式对矢网进行校准到 50G，但在高频 40 几 G 时测得的 s 参数会有凹坑现象，这是矢网校准方法原因还是校准件原因呢？
抛开测试电缆和探针的稳定性 / 一致性影响，主要是校准件质量的问题，因为 TRL 校准要求 Thru/Line/Reflect 的特性阻抗都是 50ohm，实际工程实现多少有点不理想，如果不想改进 TRL校准件，可以改用 LRRM 或者 Multi-Line TRL 校准，凹陷会减小。
MS 结构和 CPW 结构器件的 TRL 在片校准方法如果一样，那对校准件有什么要求没有？
采用微带线和共面波导实现的 TRL 校准件，本质上要求是一样的，要求是 50ohm 传输线，如果能够保证 50ohm 传输线，那么校准件的质量就可以保证。
片上校准，smart cal-unknown throu-open/short/load/through，这个只是 S 参数校准是吗，其他校准，比如功率校准等，在哪些情况下时必须的呢？
这个只是 S 参数，如果需要测量跟功率相关的测量，比如说输入输出功率，1dB 压缩点，IMD，谐波等等，就需要功率校准。
片上校准的二端口 S 参数，校准后，反射参数 S1122 会趋近于水平线，而 S12/21 仍是波动的吗？
如果校准质量较好，校准后测量直通的 S21 和 S12 会很平滑（如果用未知直通校准，会有一定的损耗 ；如果用 defined thru，并且 Calkit 里面 defined thru 的 loss 设置是 0dB，会是 0 dB 的插损）。
cs-150 校准件说明书上，是 unknown throu，需要改成defined throu 吗？
不需要。用 unknown thru 是没有问题的。
文章转载至Keysight 技术文章
