多功能芯片由單入單出單通道升級為多入多出多通道收發(fā)芯片，并大量應用于現(xiàn)代通信領域。

針對多收發(fā)通道多功能芯片測試過程中，多次移動探針、重復壓針、無法自動測量、測試效率低等不足，研究了多端口在片校準技術(shù)。通過去嵌入校準方法，將校準面移到探針尖端，實現(xiàn)了多端口微波探針在片精確校準。

提出了一次壓針測試多端口芯片各項參數(shù)的方法，利用定制的集成多端口共面探針，搭建了一次壓針全通道測試系統(tǒng)，通過軟件控制開關矩陣，完成多端口信號傳輸及數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)一次壓針全通道測試。并與傳統(tǒng)測試方法的測試數(shù)據(jù)進行對比分析，證明了該方法的可行性。

1 引言

隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)在電子領域的飛速發(fā)展，對小型化、智能化、輕量化和高可靠的多收發(fā)通道多功能芯片的需求量越來越大。

針對多收發(fā)通道多功能芯片在片測試技術(shù)，國內(nèi)主要采用單端口信號源、2 端口網(wǎng)絡分析儀和微波探針臺等測量儀器設備集成單端微波探針的測試系統(tǒng)。測試2 端口芯片的S 參數(shù)常規(guī)方法是在電路的正、反方向加載單路微波信號，測試多入多出多收發(fā)通道微波單片集成電路時采用2 端口單通道測試系統(tǒng)，該方法需多次移動探針、多次測量，存在許多弊端。

如測試4 個發(fā)射端口與4 路接收端口之間各個通道的S 參數(shù)時，需要移動4 次探針對4 個通道逐一測試，在片測試時需反復挪動探針、多次切換測試端口對各個通道進行測試，反復壓針對于芯片表面損傷加重，芯片可靠性風險加大、測試效率低。

針對多收發(fā)通道多功能芯片在片測試技術(shù)，國外許多公司研制了新的測試儀器。是德公司研制了新型內(nèi)部集成開關矩陣矢量網(wǎng)絡分析儀，用于測試新的多端口射頻電路，可支持20 個端口測試; 歐洲羅德施瓦茨公司研制了多端口測試網(wǎng)絡分析儀，可支持16 個端口測試。國外測試多端口產(chǎn)品時，采用此類多端口集成測試儀集成微波直流混合探卡，形成高集成測試系統(tǒng)，但上述測試系統(tǒng)價格高昂，測試成本高，定制周期長。

基于以上需求，本文研發(fā)了一種多收發(fā)通道多功能芯片一次壓針在片測試系統(tǒng)，并基于現(xiàn)有單通道2 端口測試系統(tǒng)及一種集成微波探針和多通道在片校準技術(shù)，開發(fā)自動測試軟件，提出了多收發(fā)多功能芯片一次壓針在片測試方法。該方法降低了進口高端儀器的成本，解決了手動切換探針等問題，提高了測試效率。

2 現(xiàn)有測試技術(shù)

多收發(fā)通道多功能芯片是將低噪聲放大器、移相器、衰減器和開關等多種功能的電路根據(jù)系統(tǒng)需要集成在一個芯片上。主要在系統(tǒng)中實現(xiàn)對射頻信號的放大、分配/合成、相位控制、幅度控制以及射頻功率管理等功能。

多功能芯片逐步由單入單出單通道發(fā)展為多入多出多通道，通過提高多功能芯片集成度，增加芯片功能，減小芯片尺寸和質(zhì)量，實現(xiàn)多功能芯片的高可靠、小體積和輕量化，并向著高頻段、寬頻帶和多通道方向發(fā)展。

本文以在片測試一個Ku 波段4 通道收發(fā)多功能芯片為例介紹測試方法。該芯片共有9 個射頻端，由于傳統(tǒng)單通道2 端口射頻測試端口的限制，采用傳統(tǒng)2 端口測試方法測試所有通道電參數(shù)需要移動8 次探針，分別采集8 次數(shù)據(jù)，才能完成所有通道綜合參數(shù)的測試。

該方法效率低，同時多次壓針損傷芯片表面，影響電路可靠性，存在使用隱患。迫切需要研發(fā)一種多收發(fā)通道多功能芯片的自動化測試技術(shù)，被測件僅需一次壓針，無需移動探針切換端口就能完成所有參數(shù)的測試，可大幅提高測試效率。

3 多收發(fā)通道多功能芯片

多收發(fā)通道多功能芯片，一次壓針在片測試技術(shù)

多收發(fā)通道多功能芯片一次壓針在片測試技術(shù)采用集成多頭射頻探針、微波開關、直流探卡、2端口矢量網(wǎng)絡分析儀、微波承片臺和控制器組成測試系統(tǒng)。

基于上述測試系統(tǒng)，探針在片測試首先需將探針固定在探針定位器，通過x、y、z 軸移動探針接觸被測芯片輸入、輸出信號壓點，受常規(guī)測試探針臺尺寸的限制無法擺放多個探針定位器，本文采用定制的多端口共面探針，通過定位裝置固定在標準探針定位器上實現(xiàn)一次壓針全通道測試。選取的共面微波探針由導體連接模塊、同軸連接器、探針基板、探針觸頭等組成。在設計和制作上要求能夠覆蓋微波測試的全頻帶，同時應具有損耗小、反射信號低以及同芯片電纜線間的電串擾小等特性。

本文首先依據(jù)4 通道收發(fā)芯片壓點尺寸設定信號和地之間的間距，定制多射頻GSG-GSG-GSG-GSG共面探針。選取復合基片和軟硬結(jié)合的探針觸頭，探針觸頭在GSG 結(jié)構(gòu)中G 壓點與S 壓點之間的相對間距不超過0. 05λ ( 最高測試頻率波長)，保證信號在探針上傳輸?shù)耐暾?，能夠提供卓越的場抑制效果，同時采用軟硬結(jié)合的探針觸頭和微波基片可提高探針的壽命。

其次，對多收發(fā)通道多功能芯片進行一次壓針測試，需要提取定制的多端口射頻探針表征參數(shù)的誤差項，該參數(shù)的提取方法主要基于R. F. Bauer 等人提出的提取測試夾具的表征參數(shù)校準方法。

該方法的第一步，將夾具外側(cè)端口作為測試參考面進行同軸校準; 第二步，基于第一步的校準結(jié)果測試已知夾具內(nèi)的S 參數(shù)的校準器件; 第三步，基于第一步和第二步測試結(jié)果推算出被測夾具的表征S參數(shù)，最終提取被測夾具的表征特性。

基于上述方法，提取多端口探針參數(shù)時首先要確定同軸端面誤差，使用同軸標準件( 同軸開路件、短路件以及負載) 進行同軸單端口校準; 其次確定探針端面誤差，連接微波探針使用探針校準件( 在片開路件、短路件以及負載) 進行在片單端口校準，利用同軸端面與探針端面推導出微波探針表征參數(shù)。

通過對多端口微波探針表征參數(shù)的提取進一步研究實現(xiàn)電路的一次壓針測試技術(shù)，本文進而對多通道在片校準技術(shù)展開研究。在現(xiàn)有測試系統(tǒng)中，利用矢量網(wǎng)絡分析儀的誤差修正技術(shù)，在性能和測試質(zhì)量方面獲得了極大的優(yōu)勢。常見的基于矢量網(wǎng)絡分析儀校準技術(shù)主要有短路－開路－負載－直通( SOLT) 校準技術(shù)和直通－ 反射－ 線路( TRL)校準技術(shù)，它們分別基于12 項誤差模型和8 項誤差模型。

隨著技術(shù)的進步，之后還陸續(xù)出現(xiàn)了短路－開路－負載( SOL) 校準算法、短路－開路－負載－反射( SOLR) 校準算法、線路－反射－線路( LRL ) 校準算法和線路－ 反射－ 匹配( LRM) 校準算法等。

本文采用去嵌入校準方法結(jié)合SOLT 校準算法，去嵌入校準主要針對無法直接測試被測件( DUT) 的S 參數(shù)時，需進行虛擬匹配網(wǎng)絡的設置以移除實際匹配網(wǎng)絡，將校準面從匹配網(wǎng)絡端口移至DUT 的輸入、輸出端口。使用同軸校準件采用SOLT 校準方法對同軸端校準，采用去嵌入校準技術(shù)將提取的多端口射頻探針表征參數(shù)級聯(lián)計算進行去嵌入，校準面前移至探針校準面，其原理如圖1所示。

圖1 校準原理圖

測試系統(tǒng)經(jīng)過上述方法校準后，將微波探針加載到相應的被測芯片的端口RF1 ～ RF8，基于網(wǎng)絡分析儀和微波開關通過控制程序發(fā)射和接收各通道微波信號，同時基于數(shù)字控制器提供相應的數(shù)字控制信號( 如圖2 所示) ，通過控制軟件依次測量各通道下的各項參數(shù)。

當TR 和DIN 輸出控制邏輯信號為“000”時，控制器控制微波開關連通IN 和K1，信號的流經(jīng)途徑為矢量網(wǎng)絡分析儀Port1→芯片RFC→芯片RF1→多頭射頻探針①→開關矩陣K1→開關矩陣IN→矢量網(wǎng)絡分析儀Port2 形成閉環(huán)，測試被測芯片RFC 到RF1 間通道參數(shù); 控制器為TR 和DIN 輸出控制邏輯為“001”信號時，此時芯片選擇左支路RFC 到RF2 通道打開，同時控制微波開關連通IN 和K2，信號的流經(jīng)途徑為矢量網(wǎng)絡分析儀Port1→芯片RFC→芯片RF2→多頭探針②→開關矩陣K2→開關矩陣IN→矢量網(wǎng)絡分析儀Port2 形成閉環(huán)，測試RFC 到RF2 間實際參數(shù)，依次類推，至各通道測試完成。

圖2 9端口在片測試系統(tǒng)示意圖

為保障多端口測試方法的準確性，選取多端口微波單片集成電路，采用常規(guī)測試方法和本文提出的多端口在片測試方法進行對比，驗證多端口探針去嵌入測試方法的準確性與可行性，采用常規(guī)測試方法和本文多收發(fā)通道測試方法同時測試芯片中1通道的輸入回波損耗( S11) 和輸出回波損耗( S22) ，測試結(jié)果如圖3 和圖4 所示。

由圖可見兩條測試曲線基本重合，證明該方法具有可行性。采用常規(guī)測試方法與本文多收發(fā)通道測試方法測試芯片中1 通道的增益( S21) 和1 dB 壓縮點的輸出功率( Po( 1 dB) ) ，如圖5 和圖6 所示。從圖中看出兩種測試方法誤差小于3%，證明該方法具有可行性。

圖3 兩種方法測試的芯片輸入回波損耗曲線

圖4 兩種方法測試的芯片輸出回波損耗曲線

圖5 兩種方法測試的芯片增益

圖6 兩種方法測試的芯片Po( 1 dB)

與常規(guī)測試方法相比，本文測試方法無需移動探針，一次壓針自動采集，測試效率大幅提高，解決了手動移針多次壓針測試效率低、對芯片表面損傷大的問題。

4 結(jié)論

本文基于同軸端口和在片端口應用SOLT 校準提取共面微波探針S 參數(shù)的方法，獲得多射頻探針的特性參數(shù)，采用去嵌入校準方法應用于多射頻探針在片校準，實現(xiàn)多收發(fā)通道多功能芯片在片一次壓針全通道測試，獲得的芯片任一通道的一次測試數(shù)據(jù)與常規(guī)單端探針測試方法結(jié)果一致。多收發(fā)通道多功能芯片在片測試方法無需移動探針，一次壓針獲得全通道參數(shù)，大幅提高了效率，降低了芯片多次壓針造成的芯片損傷。

審核編輯：湯梓紅