胡為東系列文章之十二--參數(shù)測(cè)量中針對(duì)夾具或探頭

時(shí)域Gating 方法是將上圖4 中的夾具中的傳輸媒介使用傳輸線的原理進(jìn)行等效，只要獲得每一個(gè)通道的兩個(gè)參數(shù)：延遲（TD, Time Delay）和損耗（Loss）即可實(shí)現(xiàn)對(duì)夾具的去嵌。而延遲和損耗參數(shù)是比較容易得到的，如果是專業(yè)廠家的夾具或者線纜，通常會(huì)給出這兩個(gè)參數(shù)的值，如果是自己設(shè)置的夾具，那么一個(gè)辦法是可以通過(guò)EDA 仿真軟件獲得這兩個(gè)參數(shù)；第二個(gè)辦法是可以通過(guò)簡(jiǎn)單方便的實(shí)際測(cè)量獲得。后續(xù)我們會(huì)介紹如何通過(guò)測(cè)量的方法獲得這兩個(gè)參數(shù)。下圖6 為將具有2P 個(gè)端口的夾具使用延遲和損耗進(jìn)行等效的示意圖。

下圖7 所示為Teledyne LeCroy（力科）的SPARQ 中使用時(shí)域Gating 方法使用夾具的延遲和損耗兩個(gè)測(cè)試方法進(jìn)行夾具去嵌的界面：

四、時(shí)域“Gating”去嵌方法的原理
時(shí)域Gating 方法是通過(guò)將整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)（包括夾具和被測(cè)件DUT）的S 參數(shù)先通過(guò)算法轉(zhuǎn)換為阻抗（Z），然后通過(guò)夾具的延時(shí)和損耗兩個(gè)參數(shù)將整個(gè)系統(tǒng)的阻抗曲線中的夾具部分的阻抗曲線剝離掉，然后將剝離掉的夾具的阻抗曲線后的部分重新轉(zhuǎn)換為S 參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)夾具的去嵌。如下圖8 所示，藍(lán)色虛線部分為夾具的阻抗曲線：

時(shí)域Gating 算法會(huì)將待剝離（夾具的阻抗）部分（我們稱作為Gated Element）的阻抗曲線看作為一連串的傳輸線結(jié)構(gòu)單元，如下圖9 所示：

然后為每一個(gè)傳輸線結(jié)構(gòu)單元建立一個(gè)單元模型（Segment），每個(gè)單元模型（Segment）的延時(shí)（Delay）和損耗（Loss）都可以通過(guò)整個(gè)剝離模型的阻抗曲線中已知的參數(shù)如阻抗，反射系數(shù)，整體延時(shí)和損耗等獲得，如下圖10 所示，G（f）即為和頻率相關(guān)的損耗參數(shù)，D（f）為和頻率相關(guān)的延時(shí)參數(shù)，這兩個(gè)函數(shù)均可以通過(guò)已知的阻抗曲線和整體延時(shí)以及損耗獲得。這樣就可以推導(dǎo)出每一個(gè)單元模型的S 參數(shù)，如下圖所示，更詳細(xì)的原理可以參考Teledyne LeCroy（力科）的專利技術(shù)文章。

然后，剝離部分（Gating Element）的每一個(gè)單元模型的S 參數(shù)（剝離前）被代入阻抗剝離算法中，迭代算法遍歷計(jì)算整個(gè)剝離部分（Gating Element），每次消除完前面一個(gè)單元模型（Segment）的影響后重新計(jì)算阻抗曲線圖，最后從這個(gè)算法中得到剝離部分的每一個(gè)單元模型的S 參數(shù)（剝離后），如下圖11 所示：

接著根據(jù)得到的每個(gè)單元的S 參數(shù)模型先轉(zhuǎn)換為T 參數(shù)，然后再將T 參數(shù)連接到一起形成一個(gè)剝離部分（Gating Element）的T 參數(shù)，將T 參數(shù)轉(zhuǎn)換為S 參數(shù)，這樣就得到了需要?jiǎng)冸x的部分的S 參數(shù)。有了S 參數(shù)，就可以利用力科的SPARQ 軟件中的基于S 參數(shù)的剝離算法實(shí)現(xiàn)對(duì)夾具的去嵌。

五、通過(guò)測(cè)量獲取夾具/探頭的延時(shí)和損耗參數(shù)
如果夾具或者探頭的延時(shí)和損耗參數(shù)是未知的，那么也可以通過(guò)使用2X 直通線來(lái)估計(jì)夾具或者探頭的延時(shí)和損耗。因此在夾具設(shè)計(jì)時(shí)，建議在夾具上增加一條2X 直通線，以用于測(cè)量夾具/探頭的損耗。如下圖13 所示為一個(gè)夾具的示意圖，標(biāo)注SMA 的端口是與測(cè)試儀器相連接的，標(biāo)志SMA 的端口的線段的另外一個(gè)端口為與被測(cè)件DUT 相連接的。這個(gè)線段的長(zhǎng)度為X，那么2X 直通線即是指兩個(gè)端口都有SMA 接口的且長(zhǎng)度為2X 的直通連線。

首先我們可以通過(guò)S21 的階躍響應(yīng)特性或者基于TDR 技術(shù)（TDR 阻抗曲線）來(lái)初步估計(jì)延時(shí)。然后對(duì)2X 直通線使用剝離（Time Domain Gating）算法，經(jīng)過(guò)剝離去嵌后，理論上該2X 直通線應(yīng)為0 損耗，但由于當(dāng)前的延時(shí)參數(shù)是粗略估計(jì)的，因此需要通過(guò)微調(diào)以獲得更加精確的值，可通過(guò)相位的測(cè)量來(lái)進(jìn)行微調(diào)，如下圖14 中的左側(cè)黃色波形所示，去嵌前相位應(yīng)該是周期變化的；經(jīng)過(guò)去嵌后，理論上相位應(yīng)該為0，即為一條位于0 位置的水平直線，但實(shí)際情況由于該延時(shí)值還不是一個(gè)非常理想的值，因此可以適當(dāng)調(diào)整該參數(shù)值，直到相位曲線為一條水平的直線，如下圖14 中的右側(cè)波形所示，當(dāng)延時(shí)參數(shù)為217ps 時(shí)，相位曲線已經(jīng)接近一條水平直線。