散射参数测量电路及射频测试机的制作方法

1.本技术涉及半导体测量技术领域，尤其是涉及一种散射参数测量电路及射频测试机。


背景技术：

2.在无线通信领域，射频芯片或射频模块的性能硬性指标很重要，影响到产品的整体的性能和稳定性，其中散射参数s是基本也是极其重要的性能指标之一，表征的是反向传输系数，此项指标也是射频芯片出厂必测之一。
3.当前通用的测量方法使用体积庞大、成本昂贵的网络分析仪进行测试，网络分析仪采用的是在测量端口处增加耦合器方式实现s参数测量，测量多端口芯片时，通过使用多个耦合器实现此功能，测量得到入射功率和反功率，并使用公式rl(db)＝10lg(入射功率/反射功率)计算出每一个端口的散射参数s。
4.上述方式需要在每个通道上配置耦合器，这样会导致以下问题：占用硬件板卡面积大，对于测试机产品，布局设计难度大，可靠性也会不足，难以实施；耦合器成本较高；每个通道特性难以保证一致性。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种散射参数测量电路及射频测试机，通过在入射通道上设置的耦合器，可以将输入至待测芯片的入射信号对应的反射信号耦合生成耦合反射信号，以使信号分析仪根据耦合反射信号的功率和入射信号的功率计算散射参数，相比于现有技术，电路结构简单，降低成本的同时提高通道特性一致性和可靠性，而且减少了开关器件，减小了通路损耗，可获得更大的功率范围。
6.第一方面，本技术实施例提供一种散射参数测量电路，包括：耦合器、第一开关模块、第二开关模块及信号分析仪；耦合器分别与第一开关模块、第二开关模块连接，用于接收入射信号，并将入射信号经由第一开关模块输送至待测芯片的入射端口；耦合器还用于将待测芯片的反射端口提供的反射信号，经由第一开关模块耦合生成耦合反射信号，并将耦合反射信号输送至第二开关模块；信号分析仪与第二开关模块连接，用于根据第二开关模块提供的耦合反射信号的功率和入射信号的功率计算散射参数。
7.在本技术较佳的实施方式中，上述耦合器被配置为：在待测芯片的入射端口与待测芯片的反射端口相同时，生成耦合反射信号。
8.在本技术较佳的实施方式中，上述在待测芯片的入射端口与待测芯片的反射端口不同时，第二开关模块与第一开关模块连接，用于接收反射信号并提供至信号分析仪；信号分析仪还用于根据反射信号的功率和入射信号的功率计算散射参数。
9.在本技术较佳的实施方式中，上述第一开关模块包括：开关单元，被配置为：第一端与耦合器的直通输出端连接，第二端与第二开关模块的输入端连接；开关阵列，被配置为：与开关单元的第三端及待测芯片均连接。
10.在本技术较佳的实施方式中，上述开关单元包括：耦合开关，被配置为：第一端与耦合器的直通输出端连接，第二端与开关阵列连接；反射信号开关，被配置为：第一端与开关阵列连接，第二端与第二开关模块的输入端连接。
11.在本技术较佳的实施方式中，上述开关阵列包括多个端口开关，端口开关的数量与待测芯片的端口数量相同。
12.在本技术较佳的实施方式中，上述端口开关、耦合开关、反射信号开关以及第二开关模块均为单刀多掷开关。
13.在本技术较佳的实施方式中，上述散射参数测量电路还包括：信号发生器，被配置为：与耦合器的输入端连接，用于向耦合器提供入射信号。
14.在本技术较佳的实施方式中，上述散射参数测量电路还包括：控制器，用于向第一开关模块及第二开关模块提供开关控制信号。
15.第二方面，本技术实施例还提供一种射频测试机，包括：如第一方面所述的散射参数测量电路。
16.本技术实施例提供的散射参数测量电路及射频测试机中，散射参数测量电路包括：耦合器、第一开关模块、第二开关模块及信号分析仪；耦合器分别与第一开关模块、第二开关模块连接，用于接收入射信号，并将入射信号经由第一开关模块输送至待测芯片的入射端口；耦合器还用于将待测芯片的反射端口提供的反射信号，经由第一开关模块耦合生成耦合反射信号，并将耦合反射信号输送至第二开关模块；信号分析仪与第二开关模块连接，用于根据第二开关模块提供的耦合反射信号的功率和入射信号的功率计算散射参数。本技术实施例通过在入射通道上设置的耦合器，可以将输入至待测芯片的入射信号对应的反射信号耦合生成耦合反射信号，以使信号分析仪根据耦合反射信号的功率和入射信号的功率计算散射参数，相比于现有技术，电路结构简单，降低成本的同时提高通道特性一致性和可靠性，而且减少了开关器件，减小了通路损耗，可获得更大的功率范围。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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技术的一些实施方式，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。
18.图1为现有技术中的一种4端口芯片的散射参数测量电路图；
19.图2为本技术实施例提供的一种散射参数测量电路的结构框图；
20.图3为本技术实施例提供的另一种散射参数测量电路的结构框图；
21.图4为本技术实施例提供的另一种散射参数测量电路的结构框图；
22.图5为本技术实施例提供的另一种散射参数测量电路的结构框图；
23.图6为本技术实施例提供的另一种散射参数测量电路的结构框图；
24.图7为本技术实施例提供的另一种散射参数测量电路的结构框图；
25.图8为本技术实施例提供的一种射频测试机的结构框图。
具体实施方式
26.下面将结合实施例对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.参见图1所示的4端口芯片的散射参数测量电路图，该测量电路中，需要测试机sg产生单音信号作为激励源，配置并输出合理的功率，得到入射功率，需要通过四个端口(如port1、port2、port3、port4)处的4个耦合器耦合检测到回波功率，计算出散射参数，相应的s11、s22、s33、s44参数得以完成测试和计算。这种方式需要在每个通道上配置耦合器，这样会导致以下三点问题：
28.1、占用硬件板卡面积大，对于测试机产品，布局设计难度大，可靠性也会不足，难以实施；
29.2、耦合器成本较高；
30.3、由于在获得每个通道的反射信号强度时，需要使用每个端口处设置的耦合器，每个耦合器的性能特性会有一定差异，因而每个通道特性难以保证一致性。
31.基于此，本技术实施例提供一种散射参数测量电路及射频测试机，通过在入射通道上设置的耦合器，可以将输入至待测芯片的入射信号对应的反射信号耦合生成耦合反射信号，以使信号分析仪根据耦合反射信号的功率和入射信号的功率计算散射参数，相比于现有技术，电路结构简单，降低成本的同时提高通道特性一致性和可靠性，而且减少了开关器件，减小了通路损耗，可获得更大的功率范围。
32.参见图2所示，本技术实施例提供一种散射参数测量电路，该电路包括：耦合器11、第一开关模块12、第二开关模块13及信号分析仪14；耦合器11分别与第一开关模块12、第二开关模块13连接，信号分析仪14与第二开关模块13连接。
33.耦合器11用于接收入射信号，并将入射信号经由第一开关模块12输送至待测芯片的入射端口；耦合器11还用于将待测芯片的反射端口提供的反射信号，经由第一开关模块12耦合生成耦合反射信号，并将耦合反射信号输送至第二开关模块13；信号分析仪14用于根据第二开关模块13提供的耦合反射信号的功率和入射信号的功率计算散射参数。
34.本技术实施例中，上述耦合器11有两个作用，第一：在没有反射信号时，将入射信号耦合输出至第一开关模块12；第二：在接收到反射信号时，将反射信号耦合输出至第二开关模块13。入射信号的功率预先存储在信号分析仪14中，信号分析仪14不接收入射信号，只接收反射信号。
35.上述入射信号可以为信号发生器向耦合器11发送的单音信号。入射信号在通过耦合器11和第一开关模块12输送至待测芯片的入射端口后，待测芯片的反射端口反馈反射信号，反射信号通过第一开关模块12到达耦合器11，耦合器11进一步根据反射信号进行耦合，生成耦合反射信号，再输送至第二开关模块13，第二开关模块13再将耦合反射信号发送至信号分析仪14，信号分析仪14中预先存储有入射信号的功率，在接收到第二开关模块13反馈的耦合反射信号后，可以根据耦合反射信号的功率和入射信号的功率计算散射参数。
36.本技术实施例提供的散射参数测量电路中，通过在入射通道上设置的耦合器11，可以将输入至待测芯片的入射信号对应的反射信号耦合生成耦合反射信号，以使信号分析
仪根据耦合反射信号的功率和入射信号的功率计算散射参数，相比于现有技术，电路结构简单，降低成本的同时提高通道特性一致性和可靠性，而且减少了开关器件，减小了通路损耗，可获得更大的功率范围。
37.本技术实施例还提供另一种散射参数测量电路，该电路在上一实施例的基础上实现，本实施例中，上述耦合器11被配置为：在待测芯片的入射端口与待测芯片的反射端口相同时，生成耦合反射信号，比如，入射信号到达的是待测芯片的入射端口1，那么该入射端口1同时作为反射端口，发出反射信号，这种情况下，基于耦合器11生成的耦合反射信号确定出的s参数即为散射参数(或回波损耗)s11；对于待测芯片的其它端口分别对应的s22，s33，s44等参数的确定过程同理，在此不再赘述。
38.而针对待测芯片的端口间的散射参数，如s12、s21、s32等s参数的测量，本实施例中通过以下方式实现：
39.上述在待测芯片的入射端口与待测芯片的反射端口不同时，第二开关模块13与第一开关模块12连接，参见图3所示，第二开关模块13用于接收反射信号并提供至信号分析仪14；信号分析仪14还用于根据反射信号的功率和入射信号的功率计算散射参数s。比如，入射信号到达待测芯片的入射端口1，而待测芯片的端口2作为反射端口输出反射信号，该反射信号通过第一开关模块12和第二开关模块13到达信号分析仪14，信号分析仪14基于该反射信号的功率和入射信号的功率，确定出的是s12参数。
40.下面详述本技术实施例中第一开关模块12的电路结构：
41.参见图4所示，上述第一开关模块12包括：开关单元121和开关阵列122；开关单元121被配置为：第一端与耦合器11的直通输出端连接，第二端与第二开关模块13的输入端连接；开关阵列122被配置为：与开关单元121的第三端及待测芯片均连接。上述开关单元121用于连通开关阵列和耦合器，以实现同一端口反射信号的传输，以使耦合器生成耦合反射信号；或者用于连通开关阵列和第二开关模块，以实现不同端口反射信号的传输。
42.参见图5所示，上述开关单元121包括：耦合开关1211和反射信号开关1212；耦合开关1211被配置为：第一端与耦合器11的直通输出端连接，第二端与开关阵列122连接；反射信号开关1212被配置为：第一端与开关阵列122连接，第二端与第二开关模块13的输入端连接。
43.上述开关阵列122包括多个端口开关，端口开关的数量与待测芯片的端口数量相同。比如，待测芯片的端口数量为4个，开关阵列122中包括的端口开关也为4个，一个端口开关连接一个待测芯片的端口。上述端口开关、耦合开关1211、反射信号开关1212以及第二开关模块13均为单刀多掷开关，譬如单刀四掷开关。
44.参见图6所示，上述散射参数测量电路还包括：信号发生器15；信号发生器15被配置为：与耦合器11的输入端连接，用于向耦合器11提供入射信号。
45.在本技术较佳的实施方式中，上述散射参数测量电路还包括：控制器(图中未示意出)；控制器用于向第一开关模块及第二开关模块提供开关控制信号。上述控制器可以包括但不仅限于fgpa芯片或pc机，用于控制每一个单刀多掷开关的动端的选通，即上述每个开关在s参数测量时，需要连通哪个通路，均由该控制器发送的开关信号进行控制。
46.本技术实施例中，在待测芯片多个端口对应的公共发射通路上，增加一耦合器，实现反射信号的检测，并通过反射信号的功率与入射信号的功率关系，计算出散射参数，可测
量到被测芯片的每一个端口的s参数，根据需求，可扩展到更多端口和更多被测芯片的测量。本技术实施例提供的散射参数测量电路，可以很方便的设计到射频测试机的功能扩展板中。
47.本技术实施例提供的散射参数测量电路中，本相比于现有技术图1中的电路，仅在多个端口对应的公共入射反射通路上设置一耦合器，通过耦合器、第一开关模块实现入射通路，通过第一开关模块、第二开关模块实现反射通路，通过第一开关模块、耦合器和第二开关模块，实现耦合反射通路，通过设置一个耦合器，可以使多个端口的通道一致性得到很好的保证，而且减少了耦合器和开关器件，一方面降低了成本，另一方面减小了通路损耗，根据输出功率＝输入功率-通路损耗，所以可获得更大的功率范围。
48.基于上述实施例提供的散射参数测量电路，下面提供一种具体的四端口的散射参数测量电路的示意图，参见图7所示，sg表示信号发生器；sa表示信号分析仪；tx in表示发射信号输入；rx out表示接收信号输出；dut表示待测芯片。
49.本实施例中，待测芯片包括四个端口，分别为：port1、port2、port3和port4；上述第一开关模块包括sw01、sw02、sw03、sw04、sw05、sw06，六个单刀四掷开关；其中，sw01、sw02、sw03和sw04组成开关阵列；sw05和sw06组成开关单元，其中，sw05为耦合开关，sw06为反射信号开关；第二开关模块包括sw07一个单刀四掷开关。
50.具体的连接关系如下，sw01、sw02、sw03和sw04，四个单刀四掷开关的不动端分别与待测芯片dut的端口连接；四个单刀四掷开关的一个动端分别与sw05的一个动端连接；四个单刀四掷开关的另一个动端分别与sw06的一个动端连接；sw05的不动端与耦合器的直通输出端连接；sw06的不动端与sw07的一个动端连接；耦合器的耦合输出端(如图中的两个向下的端口)均与sw07的另两个动端连接；耦合器的输入端与信号发生器sg连接；sw07的不动端与信号分析仪sa连接。
51.基于上述图7所示的电路结构，下面详细阐述散射参数s参数的确定过程，s参数可以包括两种，一种是单一端口对应的散射参数，也叫回波损耗，如s11、s22等；另一种是不同端口间的散射参数，如s12、s24等。
52.以确定参数s11为例进行说明：
53.入射通路为：sg
→
耦合器
→
sw05
→
sw01
→
port1
→
dut；
54.耦合反射通路为：dut
→
port1
→
sw01
→
sw05
→
耦合器
→
sw07
→
sa。
55.根据两个通路中的功率即可确定出端口port1的s11参数。
56.以确定参数s21为例进行说明：
57.入射通路为：sg
→
耦合器
→
sw05
→
sw02
→
port2
→
dut；
58.反射通路为：dut
→
port1
→
sw01
→
sw06
→
sw07
→
sa。
59.根据两个通路中的功率即可确定出port2和port1间的s21参数。
60.本技术实施例提供的是一种适合ate测试机s参数的测量电路，减少了耦合器的数量，简化了电路，增加了可靠性；少了开关，减小了通路损耗，可获得更大的功率范围。
61.由图7所示的四端口的散射参数测量电路的示意图和图1所示的4端口芯片的散射参数测量电路图进行对比可以看出：
62.本技术实施例中针对现有技术中存在的“在每个通道上配置耦合器占用硬件板卡面积大，对于测试机产品，布局设计难度大，可靠性也会不足，难以实施”的问题，进行了电
路结构的简化，首先去除每个通道耦合器电路和其中一个开关，其次在四端口公共通道上增加一耦合器，将被测端口的反射信号检测出来，只需要通过一个耦合器就能实现，其可靠性得到增强。
63.针对现有技术中存在的“在每个通道上配置耦合器成本较高”的问题，本技术实施例中采用了减少电路规模的方式，将耦合电路合并，只需要一个耦合器，并删除了每个通道接收开关，成本得到较大的降低。
64.针对现有技术中存在的“在每个通道上设计耦合器，每个通道特性难以保证一致性”的问题，本技术实施例中在每个端口的公共发射通道上设计耦合器，每个端口的通道一致性得到很好的保证。
65.基于上述散射参数测量电路实施例，本技术实施例还提供一种射频测试机，参见图8所示，该射频测试机200包括：如上述实施例所述的散射参数测量电路100。
66.本技术实施例提供的射频测试机，其实现原理及产生的技术效果和前述散射参数测量电路实施例相同，为简要描述，射频测试机的实施例部分未提及之处，可参考前述散射参数测量电路实施例中相应内容。
67.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
68.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本技术的具体实施方式，用以说明本技术的技术方案，而非对其限制，本技术的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。