目前，低噪聲放大器芯片在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)和應(yīng)用等環(huán)節(jié)需要使用在片測(cè)試設(shè)備，但目前各研究機(jī)構(gòu)、單位或公司主要使用國(guó)外微波測(cè)試產(chǎn)品。本公司的3986噪聲系數(shù)分析儀，一體化最高頻率高達(dá)67GHz，可應(yīng)用于低噪聲放大器芯片噪聲系數(shù)的高精度快速測(cè)試。

本文針對(duì)低噪聲放大器芯片噪聲系數(shù)和增益的快速測(cè)試問(wèn)題，設(shè)計(jì)了On-wafer測(cè)試試驗(yàn)，搭建基于3986噪聲系數(shù)分析儀、3672系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示。通過(guò)對(duì)某型號(hào)低噪聲放大器芯片的測(cè)試，測(cè)得芯片的噪聲系數(shù)和增益，并對(duì)比了測(cè)試曲線與廠家提供的指標(biāo)曲線，驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)正確性。

圖1 低噪聲放大器芯片測(cè)試系統(tǒng)框圖

1 系統(tǒng)組成
低噪聲放大器芯片測(cè)試系統(tǒng)組成如圖2所示，此系統(tǒng)主要組成為：
（1）噪聲系數(shù)分析儀。型號(hào)3986E，頻段10MHz~26.5GHz。
（2）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。型號(hào)3672D，頻段10MHz~50GHz。
（3）噪聲源。頻段10MHz~26.5GHz。
（4）探針臺(tái)。型號(hào)：CASCADE 12652B-6。
（5）探針。GSG探針2個(gè)，直流探針2個(gè)。
（6）在片校準(zhǔn)片。型號(hào)：CASCADE 101-190C。
（7）同軸校準(zhǔn)件。
（8）直流電源。型號(hào)：大華DH1715A-3型直流雙路跟蹤穩(wěn)壓穩(wěn)流電源。
（9）低噪聲放大器芯片（被測(cè)件）。頻段2.6~3.8GHz；電壓+5V@42mA。
（10）電纜。穩(wěn)幅穩(wěn)相電纜2根，測(cè)試線纜2根。

圖2 低噪聲放大器芯片測(cè)試系統(tǒng)組成

2 測(cè)試流程
2.1 系統(tǒng)設(shè)置
（1）開(kāi)啟噪聲系數(shù)分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，預(yù)熱充分。
（2）根據(jù)芯片的測(cè)試要求及預(yù)測(cè)試分析，設(shè)置噪聲系數(shù)分析儀起始頻率為2.6GHz，終止頻率3.8GHz，掃描點(diǎn)數(shù)21點(diǎn)。相關(guān)參數(shù)及設(shè)置方法如表1所示。

表1 噪聲系數(shù)分析儀相關(guān)參數(shù)及設(shè)置方法

（3）根據(jù)芯片的測(cè)試要求及預(yù)測(cè)試分析，設(shè)置矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的起始頻率為2.6GHz，終止頻率3.8GHz，掃描點(diǎn)數(shù)21點(diǎn)，測(cè)試軌跡為S21。相關(guān)參數(shù)及設(shè)置方法如表2所示。

表2 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀相關(guān)參數(shù)及設(shè)置方法

2.2 系統(tǒng)校準(zhǔn)
（1）校準(zhǔn)噪聲系數(shù)分析儀
噪聲系數(shù)分析儀連接噪聲源后，點(diǎn)擊【校準(zhǔn)】校準(zhǔn)噪聲系數(shù)分析儀主機(jī)。
（2）校準(zhǔn)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀
矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀兩端口分別接穩(wěn)幅穩(wěn)相電纜，用同軸校準(zhǔn)件對(duì)其進(jìn)行SOLT校準(zhǔn)，如圖3所示（詳細(xì)校準(zhǔn)步驟請(qǐng)參閱相關(guān)資料，在此不再詳述）。

圖3 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀校準(zhǔn)

（3）用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試探針等附件損耗S21

將圖3中的校準(zhǔn)件取下，將穩(wěn)幅穩(wěn)相電纜連接線纜，線纜另一端接探針，探針扎在在片校準(zhǔn)片的直通件上使兩個(gè)端口連通，連接示意圖如圖4所示。
在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中點(diǎn)擊[文件]→[另存為]，保存測(cè)試數(shù)據(jù)為s.csv文件。其中S21數(shù)據(jù)即為所需損耗。

圖4 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在片損耗測(cè)試連接

（4）計(jì)算并設(shè)置損耗補(bǔ)償
損耗補(bǔ)償是在噪聲系數(shù)分析儀校準(zhǔn)后、測(cè)試開(kāi)始前，需要添加到噪聲系數(shù)分析儀中的數(shù)據(jù)，作用是補(bǔ)償?shù)艟€纜、探針帶來(lái)的損耗。損耗補(bǔ)償分為DUT前和DUT后兩部分，每一部分值為：-|S21|/2，DUT前/后損耗數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 DUT前/后損耗數(shù)據(jù)表

點(diǎn)擊【損耗補(bǔ)償】→[DUT前表格]→[損耗補(bǔ)償表]→[DUT前表格]，編輯損耗補(bǔ)償表，將頻率點(diǎn)和損耗數(shù)據(jù)輸入。按照同樣方法，將DUT后補(bǔ)償表輸入完成。

2.3 系統(tǒng)測(cè)試
（1）連接測(cè)試芯片
將噪聲源輸出端口連接到測(cè)試線纜，另一根線纜連接噪聲系數(shù)分析儀輸入端口。取下在片校準(zhǔn)片，替換為低噪聲放大器芯片，用直流電源為其供電，同時(shí)對(duì)載物臺(tái)接地。低噪聲放大器顯微圖片和測(cè)試連接示意圖如圖5所示。

圖5 低噪聲放大器測(cè)試連接

（2）測(cè)試結(jié)果及分析
3986噪聲系數(shù)分析儀提供圖形、表格、測(cè)試儀三種顯示格式，可根據(jù)需求選擇對(duì)應(yīng)格式。在本次試驗(yàn)中，通過(guò)【格式】→[顯示格式]→[圖形]設(shè)置，查看當(dāng)前測(cè)試數(shù)據(jù)的曲線圖；通過(guò)【格式】→[顯示格式]→[表格]設(shè)置，查看當(dāng)前測(cè)試數(shù)據(jù)的表格數(shù)據(jù)。低噪聲放大器芯片噪聲系數(shù)、增益測(cè)試曲線和表格數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6 低噪聲放大器芯片噪聲系數(shù)、增益測(cè)試曲線和表格數(shù)據(jù)

已知該低噪聲放大器芯片噪聲系數(shù)典型值為1.05dB，增益為24dB。將測(cè)得的數(shù)據(jù)寫(xiě)入excel制成曲線（右），與廠家提供的典型曲線（左）對(duì)比。噪聲系數(shù)測(cè)試曲線對(duì)比如圖7所示，增益測(cè)試曲線對(duì)比如圖8所示。曲線重合度較高。
 

圖7 噪聲系數(shù)測(cè)試結(jié)果與典型曲線對(duì)比

圖8 增益測(cè)試結(jié)果與典型曲線對(duì)比

總結(jié)
本次對(duì)低噪聲放大器的測(cè)試，可應(yīng)用于低噪聲放大器芯片的生產(chǎn)測(cè)試環(huán)節(jié)，為保證測(cè)試的準(zhǔn)確性，需要注意以下內(nèi)容：

（1）3986噪聲系數(shù)分析儀進(jìn)行噪聲系數(shù)和增益的測(cè)試，測(cè)試前要先連接噪聲源進(jìn)行主機(jī)校準(zhǔn)，然后輸入損耗補(bǔ)償值。不推薦直接使用噪聲系數(shù)分析儀測(cè)試附件插損。
（2）3672矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀用作系統(tǒng)校準(zhǔn)，測(cè)試探針、線纜整體的S21，計(jì)算損耗補(bǔ)償值。因此在校準(zhǔn)前需要充分預(yù)熱，保證校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可反復(fù)使用。
（3）采用標(biāo)量二分的方法補(bǔ)償系統(tǒng)附件插損，DUT前和DUT后均等于-|S21|/2，因此需要探針和電纜具有較好的對(duì)偶一致性。