专利名称：四端口射频器件射频参数测试方法
技术领域：
本发明涉及半导体测试技术，特别涉及一种四端口射频器件射频参数测试方法。
背景技术：
在有源射频器件的建模过程中，需要得到多端口的射频参数(如射频器件的散射 参数S参数等)。例如针对如图1所示的片上(on-chip)型变压器(transformer)等射 频器件，射频建模需要有关片上型变压器主次两级共四个端口的射频参数。为了得到四端 口射频器件准确的射频参数，传统方法是使用四端口射频测试设备进行四端口射频器件射 频参数测试，这种方法不仅需要采购价格昂贵的四端口射频测试设备，极大地提高了射频 器件的建模成本，而且还需要设计特殊的四端口射频测试版图结构(例如特定某一端口接 地)以满足四端口测试设备的测试条件要求，增加了四端口射频器件射频测试版图的设计 难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种四端口射频器件射频参数测试方法，成本低 且简单方便。为解决上述技术问题，本发明的四端口射频器件射频参数测试方法，四端口射频 器件具有射频端口 1、射频端口 2、射频端口 3、射频端口 4四个端口，其特征在于，包括以下 步骤一 .先设计四端口射频器件版图结构，将其中任意两个射频端口接地，接地的任 意两个端口分别标示为射频端口 3、射频端口 4 ；二 .采用二端口射频测试设备，将所述四端口射频器件版图结构另外两个端口射 频端口 1、射频端口 2作为射频测试的两个端口进行二端口测试，得到二端口射频S参数，即 S11_2P、S12_2P、S21_2P 和 S22_2P，Si j_2P 是二端口从端口 i 到端口 j 的传输系数(i = 1， 2 ； j = 1,2)；三.基于上述二端口测试所得到的四个射频S参数，推导得出四端口射频晶体管 射频S参数；进行推导的数学式如下设射频端口 1、射频端口 2、射频端口 3所对应的三端口射频S参数分别是: S11_3P、S12_3P、S13_3P、S21_3P、S22_3P、S23_3P、S31_3P、S32_3P 和 S33_3P, Si j_3P 是 三端口从端口 i到端口 j的传输系数(i = 1,2,3 ；j = 1，2，3)，同时设射频端口 1、射频端 口 2、射频端口 3、射频端口 4所对应的四端口射频S参数分别是S11_4P、S12_4P、S13_4P、 S14_4P、S21_4P、S22_4P、S23_4P、S24_4P、S31_4P、S32_4P、S33_4P、S34_4P、S41_4P、S42_4P、 S43_4P和S44_4P，Si j_4P是四端口从端口 i到端口 j的传输系数(i = 1,2,3,4 ； j = 1， 2,3,4)；S33_3P = (S11_2P+S12_2P+S21_2P+S22_2P)/(4_S11_2P_S12_2P_S21_2P_S22_2P)；S32_3P = ((1+S33_3P)/2)*(1-S12_2P-S22_2P)；
S23__3P =((1+S33_3P)/2)*(1-S21_2P-S22_2P)；
S22__3P =S22_2P+(S23_3P*S32_3P)/(1+S33_3P)；
S21__3P =1-S22_3P-S23_3P
S12__3P =1-S22_3P-S32_3P
S31__3P =1-S33_3P-S32_3P
S13__3P =1-S23_3P-S33_3P
Sll__3P =1-S21_3P-S31_3P
S44__4P =(S11_3P+S12_3P+S13_3P+S21_3P+S22_3P+S23_3P+S31_3P+S32_3P+S33—3P-1)//(δ-ΞΙΙ,βΡ--S12_3P-S13_3P-S21_3P-S22_3P-S23_3P-S31_3P-S32_3P-S33_3P)；
S14__4P =0. 5*(1+S44_4P)*(1-S11_3P-S12_3P-S13__3P)；
S24__4P =0. 5*(1+S44_4P)*(1-S21_3P-S22_3P-S23__3P)；
S34__4P =0. 5*(1+S44_4P)*(1-S31_3P-S32_3P-S33__3P)；
S41__4P =0. 5*(1+S44_4P)*(1-S11_3P-S21_3P-S31__3P)；
S42__4P =0. 5*(1+S44_4P)*(1-S12_3P-S22_3P-S32__3P)；
S43__4P =0. 5*(1+S44_4P)*(1-S13_3P-S23_3P-S33__3P)；
Sll__4P =(S14_4P*S41_4P)/(1+S44_4P)+S11_3P ；
S12__4P =(S14_4P*S42_4P)/(1+S44_4P)+S12_3P ；
S13__4P =(S14_4P*S43_4P)/(1+S44_4P)+S13_3P ；
S21__4P =(S24_4P*S41_4P)/(1+S44_4P)+S21_3P ；
S22__4P =(S24_4P*S42_4P)/(1+S44_4P)+S22_3P ；
S23__4P =(S24_4P*S43_4P)/(1+S44_4P)+S23_3P ；
S31__4P =(S34_4P*S41_4P)/(1+S44_4P)+S31_3P ；
S32__4P =(S34_4P*S42_4P)/(1+S44_4P)+S32_3P ；
S33__4P =(S34_4P*S43_4P)/(1+S44_4P)+S33_3P。
所述四端口射频器件可以为片上型变压器。
可以将片上型变压器版图结构的主级的一端作为射频端口 3和地短接，将片上型
变压器版图结构的次级的一端作为射频端口 4和地短接。本发明的四端口射频器件射频参数测试方法，摒弃了使用高端四端口射频测试 设备进行射频器件测试的传统做法，设计四端口射频器件特殊的版图结构，使用简单的 二端口射频测试设备进行射频参数测试，然后通过推导的二端口与四端口射频参数的转 换公式，得到准确的四端口射频器件射频参数。此发明可用于片上(on-chip)型变压器 (transformer)等四端口射频器件的测试。本发明的四端口射频器件射频参数测试方法，设 计的四端口射频器件版图结构是可以将其中任意两个端口接地，而不必固定将一个或多个 确定的端口接地，降低了射频测试版图的设计难度，使用常规简单的二端口射频测试设备 来进行射频参数测试，二端口射频测试设备价格远低于四端口射频测试设备价格，能极大 地降低四端口射频器件的建模成本。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。
5
图1是片上型变压器结构示意图；图2是本发明的四端口射频器件射频参数测试方法一实施方式流程图。
具体实施例方式本发明的四端口射频器件射频参数测试方法一实施方式如图2所示，四端口射频 器件具有射频端口 1、射频端口 2、射频端口 3、射频端口 4四个端口，包括以下步骤一.先设计四端口射频器件特殊的版图结构，将其中任意两个射频端口接地，接 地的任意两个端口标示为射频端口 3、射频端口 4 ；二 .采用常规的二端口射频测试设备，将所述四端口射频器件特殊的版图结构另 外两个端口射频端口 1、射频端口 2作为射频测试的两个端口进行测试，得到二端口射频S 参数，即S11_2P、S12_2P、S21_2P和S22_2P, Sij_2P是二端口从端口 i到端口 j的传输系 数(i = 1,2 ;j = 1,2)；三.基于上述常规二端口测试所得到的四个射频S参数，推导得出四端口射频晶 体管射频S参数，即十六个四端口射频S参数。如果设ai(i = 1,2,3,4)为四端口射频测试的入射电压波，设bi (i = 1,2,3,4) 为四端口射频测试的反射电压波，同时设射频端口 1、射频端口 2、射频端口 3所对应的三端 口射频 S 参数分别是S11_3P、S12_3P、S13_3P、S21_3P、S22_3P、S23_3P、S31_3P、S32_3P 和
S33_3P，Sij_:3P是三Ξ端口从端口 i到端口 j的传输系数(i = 1，2，3 ； j = 1，2，3)，则有以下关系
bl ==Sll__3P*a1+S12_3P*a2+S13_3P*a3(1)
b2 ==S21__3P*al+S22_3P*a2+S23_3P*a3(2)
b3 ==S31__3P*al+S32_3P*a2+S33_3P*a3(3)
由于实际测试时，射频端口 3及射频端口 4和地短接，于是有
a3 ==-b3, a4 = -b4(4)
由式(1)‘ 式⑷可进一步推出
Sll__2P =Sl1_3P-(S13_3P*S31_3P)/(1+S33_3P)(5)
S12__2P =S12_3P-(S13_3P*S32_3P)/(1+S33_3P)(6)
S21__2P =S21_3P-(S31_3P*S23_3P)/(1+S33_3P)(7)
S22__2P =S22_3P- (S23_3P*S32_3P)/(1+S33_3P)(8)
S33__3P =(S11_2P+S12_2P+S21_2P+S22_2P)/(4-Sll_2P-S12_2P-S21_2P-S22_2P)(9)
S32__3P =((1+S33_3P)/2)*(1-S12_2P-S22_2P)(10)
S23__3P =((1+S33_3P)/2)*(1-S21_2P-S22_2P)(11)
S22__3P =S22_2P+(S23_3P*S32_3P)/(1+S33_3P)(12)
S21__3P =1-S22_3P-S23_3P(13)
S12__3P =1-S22_3P-S32_3P(14)
S31__3P =1-S33_3P-S32_3P(15)
S13__3P =1-S23_3P-S33_3P(16)
Sll__3P =1-S21_3P-S31_3P(17)
由式(9)-式(17)可看出射频端口 1、射频端口 2、射频端口 3所对应的九个三端 口射频S参数都可以基于常规二端口测试所得到的四个射频S参数推导而得出。设射频端口 1、射频端口 2、射频端口 3、射频端口 4所对应的四端口射频S参数分 别是S11_4P、S12_4P、S13_4P、S14_4P、S21_4P、S22_4P、S23_4P、S24_4P、S31_4P、S32_4P、 S33_4P、S34_4P、S41_4P、S42_4P、S43_4P 和 S44_4P，Si j_4P 是四端 口从端 口 i 到端 口 j 的 传输系数(i = 1,2,3,4 ;j = 1，2，3，4)，则有以下关系Sll__3P =Sll__4P-(S14_4P*S41_4P)/(1+S44_4P)(22)
S12__3P =S12__4P-(S14_4P*S42_4P)/(1+S44_4P)(23)
S13__3P =S13__4P-(S14_4P*S43_4P)/(1+S44_4P)(24)
S21__3P =S21__4P-(S24_4P*S41_4P)/(1+S44_4P)(25)
S22__3P =S22__4P-(S24_4P*S42_4P)/(1+S44_4P)(26)
S23__3P =S23__4P-(S24_4P*S43_4P)/(1+S44_4P)(27)
S31__3P =S31__4P-(S34_4P*S41_4P)/(1+S44_4P)(28)
S32__3P =S32__4P-(S34_4P*S42_4P)/(1+S44_4P)(29)
S33__3P =S33__4P-(S34_4P*S43_4P)/(1+S44_4P)(30)
由式(22) 式(30)可进一步推出S14__4P =0. 5*(1+S44_4P)*(-S11_3P-S12_3P-S13__3P)(32)
S24__4P =0. 5*(1+S44_4P)*(-S21_3P-S22_3P-S23__3P)(33)
S34__4P =0. 5*(1+S44_4P)*(-S31_3P-S32_3P-S33__3P)(34)
S41__4P =0. 5*(1+S44_4P)*(-S11_3P-S21_3P-S31__3P)(35)
S42__4P =0. 5*(1+S44_4P)*(-S12_3P-S22_3P-S32__3P)(36)
S43__4P =0. 5*(1+S44_4P)*(-S13_3P-S23_3P-S33__3P)(37)
Sll__4P =(S14_4P*S41_4P)/1+S44_4P)+S11_3P(38)
S12__4P =(S14_4P*S42_4P)/1+S44_4P)+S12_3P(39)
S13__4P =(S14_4P*S43_4P)/1+S44_4P)+S13_3P(40)
S21__4P =(S24_4P*S41_4P)/1+S44_4P)+S21_3P(41)
S22__4P =(S24_4P*S42_4P)/1+S44_4P)+S22_3P(42)
S23__4P =(S24_4P*S43_4P)/1+S44_4P)+S23_3P(43)
S31__4P =(S34_4P*S41_4P)/1+S44_4P)+S31_3P(44)
S32__4P =(S34_4P*S42_4P)/1+S44_4P)+S32_3P(45)
S33__4P =(S34_4P*S43_4P)/1+S44_4P)+S33_3P(46)
由式(31) 06)可看出射频端口 1、射频端口 2、射频端口 3、射频端口 4所对 应的十六个四端口射频S参数都可以基于常规二端口测试所得到的四个射频S参数推导而 得出。一实施例，片上型变压器结构如图1所示，片上型变压器结构主要包括主次两级 共四个电极，主级分别对应射频端口 1、射频端口 3，次级分别对应射频端口 2、射频端口 4， 包括以下步骤一 .先设计片上型变压器特殊的版图结构，将主级的射频端口 3以及次级的射频 端口4和地短接；二 .将主级的射频端口 1和次级的射频端口 2作为射频测试的二端口，采用常规 的二端口射频测试设备对以上片上型变压器特殊的版图结构进行测试，能得到二端口射频 S 参数，即 S11_2P、S12_2P、S21_2P 和 S22_2P ；三.基于上述常规二端口测试所得到的四个射频S参数，推导得出片上型变压器 射频S参数；设射频端口 1、射频端口 2、射频端口 3所对应的三端口射频S参数分别是: S11_3P、S12_3P、S13_3P、S21_3P、S22_3P、S23_3P、S31_3P、S32_3P 和 S33_3P, Sij_3P 是 三端口从端口 i到端口 j的传输系数(i = 1,2,3 ；j = 1，2，3)，同时设射频端口 1、射频端 口 2、射频端口 3、射频端口 4所对应的四端口射频S参数分别是S11_4P、S12_4P、S13_4P、 S14_4P、S21_4P、S22_4P、S23_4P、S24_4P、S31_4P、S32_4P、S33_4P、S34_4P、S41_4P、S42_4P、 S43_4P 和 S44_4P，Sij_4P 是四端口从端口 i 到端口 j 的传输系数(i = 1,2,3,4 ； j = 1,2, 3，4)，则有以下关系:S33_3P = (S11_2P+S12_2P+S21_2P+S22_2P)/(4-S11_2P-S12_2P-S21_2P-S22_2P )；S32_3P = ((1+S33_3P)/2)*(1-S12_2P-S22_2P)；S23_3P = ((1+S33_3P)/2)*(1-S21_2P-S22_2P)；S22_3P = S22_2P+(S23_3P*S32_3P)/(1+S33_3P)；S21_3P = 1-S22_3P-S23_3P ；S12_3P = 1-S22_3P_S32_3P ；S31_3P = 1-S33_3P-S32_3P ；S13_3P = 1-S23_3P-S33_3P ；S11_3P = 1-S21_3P-S31_3P ；S44_4P = (S11_3P+S12_3P+S13_3P+S21_3P+S22_3P+S23_3P+S31_3P+S32_3P+S33 _3P-1)/(5-S11_3P-S12_3P-S13_3P_S21_3P-S22_3P_S23_3P_S31_3P_S32_3P_S33_3P)；S14_4P = 0. 5*(1+S44_4P)*(1-S11_3P-S12_3P-S13_3P)；S24_4P = 0. 5*(1+S44_4P)*(1-S21_3P_S22_3P_S23_3P)；S34_4P = 0. 5* (1+S44_4P)*(1-S31_3P_S32_3P_S33_3P)；S41_4P = 0. 5*(1+S44_4P)*(1-S11_3P-S21_3P-S31_3P)；S42_4P = 0. 5*(1+S44_4P)*(1-S12_3P_S22_3P_S32_3P)；S43_4P = 0. 5*(1+S44_4P)*(1-S13_3P_S23_3P_S33_3P)；Sl1_4P = (S14_4P*S41_4P)/(1+S44_4P)+Sl1_3P ；S12_4P = (S14_4P*S42_4P)/(1+S44_4P)+S12_3P ;
8
S13_4P = (S14_4P*S43_4P),S21_4P = (S24_4P*S41_4P),S22_4P = (S24_4P*S42_4P),S23_4P = (S24_4P*S43_4P),S31_4P = (S34_4P*S41_4P),S32_4P = (S34_4P*S42_4P),
(1+S44_4P)+S13_3P (1+S44_4P)+S21_3P (1+S44_4P)+S22_3P (1+S44_4P)+S23_3P (1+S44_4P)+S31_3P (1+S44_4P)+S32_3PS33_4P = (S34_4P*S43_4P)/(1+S44_4P)+S33_3P。本发明的四端口射频器件射频参数测试方法，摒弃了使用高端四端口射频测试 设备进行射频器件测试的传统做法，设计四端口射频器件特殊的版图结构，使用简单的 二端口射频测试设备进行射频参数测试，然后通过推导的二端口与四端口射频参数的转 换公式，得到准确的四端口射频器件射频参数。此发明可用于片上(on-chip)型变压器 (transformer)等四端口射频器件的测试。本发明的四端口射频器件射频参数测试方法，设 计的四端口射频器件版图结构是可以将其中任意两个端口接地，而不必固定将一个或多个 确定的端口接地，降低了射频测试版图的设计难度，使用常规简单的二端口射频测试设备 来进行射频参数测试，二端口射频测试设备价格远低于四端口射频测试设备价格，能极大 地降低四端口射频器件的建模成本。
权利要求
1. 一种四端口射频器件射频参数测试方法，四端口射频器件具有射频端口 1、射频端 口 2、射频端口 3、射频端口 4四个端口，其特征在于，包括以下步骤一.先设计四端口射频器件版图结构，将其中任意两个射频端口接地，接地的任意两 个端口分别标示为射频端口 3、射频端口 4 ；二.采用二端口射频测试设备，将所述四端口射频器件版图结构另外两个端口射频 端口 1、射频端口 2作为射频测试的两个端口进行二端口测试，得到二端口射频S参数，即 S11_2P、S12_2P、S21_2P 和 S22_2P，Si j_2P 是二端口从端口 i 到端口 j 的传输系数(i = 1， 2 ； j = 1,2)；三.基于上述二端口测试所得到的四个射频S参数，推导得出四端口射频晶体管射频 S参数；进行推导的数学式如下设射频端口 1、射频端口 2、射频端口 3所对应的三端口射频S参数分别是S11_3P、 S12_3P、S13_3P、S21_3P、S22_3P、S23_3P、S31_3P、S32_3P 和 S33_3P, Sij_3P 是三端口从 端口 i到端口 j的传输系数(i = 1,2,3 ；j = 1，2，3)，同时设射频端口 1、射频端口 2、射频 端口 3、射频端口 4所对应的四端口射频S参数分别是S11_4P、S12_4P、S13_4P、S14_4P、 S21_4P、S22_4P、S23_4P、S24_4P、S31_4P、S32_4P、S33_4P、S34_4P、S41_4P、S42_4P、S43_4P 和 S44_4P，Sij_4P 是四端口从端口 i 到端口 j 的传输系数(i = 1,2,3,4 ； j = 1,2,3,4)；S33__3P=(S11_2P+S12_2P+S21_2P+S22_2P)/(4-Sll_2P-S12_2P-S21_2P-S22_2P)；S32__3P=((1+S33_3P)/2)*(1-S12_2P-S22_2P)；S23__3P=((1+S33_3P)/2)*(1-S21_2P-S22_2P)；S22__3P=S22_2P+(S23_3P*S32_3P)/(1+S33_3P)；S21__3P=1-S22__3P-S23_3P;S12__3P=1-S22__3P-S32_3P；S31__3P=1-S33__3P-S32_3P；S13__3P=1-S23__3P-S33_3P；Sll__3P=1-S21__3P-S31_3P；S44__4P=(Sll-_3P+S12!_3P+S13_3P+S21_3P+S22_3P+S23_3P+S31_3P+S32_3P+S33.P-I)/(5-S11_3P-S12_3P-S13_3P_S21_3P-S22_3P_S23_3P_S31_3P_S32_3P_S33_3P)； =0. 5*(1+S44_4P)*(1-S11_3P-S12_3P-S13_3P)； =0. 5*(1+S44_4P)*(1-S21_3P-S22_3P-S23_3P)； =0.5*(1+S44_4P)*(1-S31_3P-S32_3P-S33_3P)； =0.5*(1+S44_4P)*(1-S11_3P-S21_3P-S31_3P)； =0. 5*(1+S44_4P)*(1-S12_3P-S22_3P-S32_3P)； =0. 5*(1+S44_4P)*(1-S13_3P-S23_3P-S33_3P)； =(S14_4P*S41_4P)/(1+S44_4P)+S11_3P ； =(Si4_4P*S42_4P)/(1+S44_4P)+S12_3P ； =(Si4_4P*S43_4P)/(1+S44_4P)+S13_3P ； =(S24_4P*S41_4P)/(1+S44_4P)+S21_3P ； =(S24_4P*S42_4P)/(1+S44_4P)+S22_3P ； =(S24_4P*S43_4P)/(1+S44_4P)+S23_3P ；S31_4P = (S34_4P*S41_4P)/(1+S44_4P)+S31_3P ； S32_4P = (S34_4P*S42_4P)/(1+S44_4P)+S32_3P ； S33_4P = (S34_4P*S43_4P)/(1+S44_4P)+S33_3P。
2.根据权利要求1所述的四端口射频器件射频参数测试方法，其特征在于，所述四端 口射频器件为片上型变压器。
3.根据权利要求2所述的四端口射频器件射频参数测试方法，其特征在于，将片上型 变压器版图结构的主级的一端作为射频端口 3和地短接，将片上型变压器版图结构的次级 的一端作为射频端口 4和地短接。
全文摘要
本发明公开了一种四端口射频器件射频参数测试方法，先设计四端口射频器件版图结构，将其中任意两个射频端口接地，然后采用二端口射频测试设备，将所述特定四端口射频器件版图结构另外两个端口作为射频测试的两个端口进行二端口测试，得到二端口射频S参数，基于上述二端口测试所得到射频S参数，推导得出四端口射频晶体管射频S参数。本发明的四端口射频器件射频参数测试方法成本低且简单方便。
文档编号G06F17/50GK102063514SQ200910201828
公开日2011年5月18日 申请日期2009年11月18日 优先权日2009年11月18日
发明者周天舒 申请人:上海华虹Nec电子有限公司