JJF(军工) 195-2018 在片噪声测量系统校准规范

国防军工计量技术规范JJF(军工)195—2018在片噪声测量系统校准规范CalibrationSpecificationforOn-waferNoiseMeasurement2018-11-08发布2019-04-01实施主要起草单位：国防科技工业1312二级计量站国防科技工业3212二级计量站本规范主要起草人：吴爱华(国防科技工业1312二级计量站)梁法国(国防科技工业1312二级计量站)刘晨(国防科技工业1312二级计量站)王一帮(国防科技工业1312二级计量站)孙静(国防科技工业1312二级计量站)栾鹏(国防科技工业1312二级计量站)参加起草人：楼红英(国防科技工业3212二级计量站) 1 1 1 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 4 4 5 8 8 9 1F—噪声系数，dB;F—噪声系数，dB;我 在片噪声测量系统主要用于微波半导体裸芯片器件的噪声性能测试，以得到器件的噪声模型，在放大器设计时指导合理地选择器件的源反射系数点进行匹配。5计量特性5.1噪声系数测量范围：1.0dB~10dB,测量不确定度：0.3dB-1.0dB(k-2);频率范围：26.5GHz-40GHz;测量范围：3.0dB-10dB,测量不确定度：0.3dB-1.0dB(k-2)。5.2噪声参数5.2.1最小噪声系数频率范围：1GHz-26.5GHz:测量范围：1.0dB-10dB,测量不确定度：0.3dB-1.0dB(k-2):频率范围：26.5GHz-40GHz:测量范围：3.0dB-10dB,测量不确定度：0.3dB-1.0dB(k=2)。52.2最佳源反射系数幅度测量范围：0.30-0.60,测量不确定度：0.05-0.12(k=2)。5.2.3最佳源反射系数频率范围：1GHz-40GHzi频率范围：1GHz-40GHz;测量范围：502-2002,相对测量不确定度：8%~12%(k=2)。6校准条件6.1环境条件a)环境温度：15℃-25℃,校准过程中温度波动范围在±2℃以内：d)洁净度等级：优于十万级：e)其他：周围无影响仪器正常工作的电磁干扰和机械振动。6.2校准用设备校准用设备应经过计量技术机构检定或校准，满足校准使用要求，并在有效期内。43)相对测量不确定度：3%-9%(k-2)。b)Sm幅度：0.5:57.2校准方法用目视法检查被校测量系统及附件外观完好无损，所有仪器上的按键及旋钮应操作灵活、牢固可靠、调节平滑，无影响正常工作的任何机械损伤，供电电源标识明确，并设置正确，使用显微镜检查微波和直流探针是否损伤。被校在片噪声测量系统通电后所有仪器按键、旋钮、菜单、指示灯、显示屏、鼠标、键盘、控制软件、探针台移动等功能是否正常。在片噪声测量系统应进行自校准，主要步骤如下：a)被校系统开机预热30min;b)按被校系统的测量要求以及所处的实际环境，设置当前环境温度、扫描类型、频率、扫描点数、中频带宽，其中中频带宽一般小于200Hz;c)连接在片S参数校准件于两个探针之间，进行全双端口S参数校准：d)连接在片S参数校准件中的“直通”标准于两个探针之间，连接同轴S参数校准件于噪声源连接端口，进行同轴单端口S参数校准；e)连接噪声源于步骤d)中的校准参考平面上，测量噪声源的反射系数。从而对噪声接收机进行校准：)测量阻抗调配器内部探针在不同位置下的S参数，对阻抗调配器进行预校准：8)测量噪声测量接收机在不同源反射系数下的噪声功率，从而对噪声测量接收机进7.2.1噪声系数对于F大于或者等于3dB的校准，采用被校系统对在片噪声系数标准件直接测量的方法进行。在片噪声系数标准件的量值至少选择3dB和10dB,且覆盖测量频段，具体步骤如下：e6a)按图2连接在片噪声系数标准件于被校系统探针端口1和探针端口2之间：b)启动测量，待测量完成后，读取测量结果填入附录A表格A.1中：c)更换其它在片噪声系数标准件，重复步骤a)和b)。对于1GHz-26.5GHz频率范围内，F小于3dB的校准，引入同一个晶圆上的两个在片低噪声放大器，并进行考核，保证二者的噪声参数相差处于合理的范围内，具体指标通过被校系统测量在片噪声系数标准件和在片低噪声放大器1级联后的整体噪声参数NP₁(简称级联被测件),同时也要测量在片低噪声放大器2的噪声参数NP₂(如图3所示),最后通过附录B中介绍的去嵌入算法，间接计算在片噪声系数标准件的噪声参数，进而计算噪声系数。在片噪声系数标准件的量值选取1dB,且覆盖测量频段，具体步骤如下：na)按图4连接，级联被测件位于被校系统探针端口1和探针端口2之间：b)启动测量，待测量完成后，读取级联被测件噪声参数测量结果NP₁,并将测量结果填入附录A表格A.2中；c)按图4连接在片低噪声放大器2置于被校系统探针端口1和探针端口2之间：d)启动测量，待测量完成后，读取在片低噪声放大器2噪声参数测量结果NP₂,并将测量结果填入附录A表格A2中：e)按照附录B中提供的计算方法，计算得到F测量结果填入附录A表格A.2中。只8e)按图4连接在片低噪声放大器2置于被校系统探针端口1和探针端口2之间；d)启动测量，待测量完成后，读取在片低噪声放大器2噪声参数测量结果NP₂,并将测量结果填入附录A表格A.4中：e)按照附录B中提供的计算方法，计算得到Fm测量结果填入附录A表格A.4中推春Tl标称值为0.3和0.6的在片最佳源反射系数幅度标准件，覆盖被校系统的频率测量范围。步骤如下：a)按图2连接P标称值为0.3标准件于被校系统探针端口1和探针端口2之间：b)启动测量，待测量完成后，读取Fm的测量结果填入附录A表格A.5:e)更换rm标称值为0.6标准件，读取rm的测量结果填入附录A表格A.6.对被校系统∠Fm的校准，采用在片最佳源反射系数相位标准件进行。步骤如下：a)按图2连接在片最佳源反射系数相位标准件于被校测量系统探针端口1和探针端口2之间：b)启动测量，待测量完成后，读取∠Tm的测量结果填入附录A表格A.7中。对被校系统R的校准，采用等效噪声电阻标准件，推荐标称值为50Ω和2000。步骤如下：a)按图2连接R标称值为500标准件于被校测量系统探针端口1和探针端口2之b)启动测量，待测量完成后，读取Ra的测量结果填入附录A表格A.8中：e)更换R。标称值为2000标准件，读取R₄的测量结果填入附录A表格A9.8校准结果的处理校准结束后应出具校准证书。校准证书应准确、客观地报告校准结果，校准结果以校准数据等形式给出(见附录A)。校准证书应包括委托方要求的、说明校准结果所必需的和所用方法要求的全部信息9复校时间间隔在片噪声测量系统的复校时间间隔一般不超过12个月。由于复校时间间隔的长短是由在片噪声测量系统的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的，因此。送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。校准记录格式/)010OO表A8等效哚声电阻(502)最小噪声系数和噪声系数间接测量法计算方法JHE(罕工)195-2018B.5在片噪声标准件噪声系数的计算公式将在片噪声标准件的噪声参数代入(B.8)中，并令r-0,计算噪声系数。测量不确定度评定示例C.1最小噪声系数(Fai)或噪声系数F直接法测量不确定度评定C.1.1测量不确定度的来源采用在片标准件直接校准被校系统的最小噪声系数或噪声系数，测量不确定度的数学模型为：其中，Y表示被校的噪声系数或最小噪声系数，X表示被校系统对在片标准件的测量结果。因此，测量结果的不确定度来源有以下几项：a)在片标准件引入的不确定度分量；b)测量重复性引入的不确定度分量。C.1.2标准不确定度C.1.2.1在片标准件引入的不确定度分量的以40GHz、标称值为3dB的在片噪声系数标准件为例，标准件引入的测量不确定度分量m=0.154dB。C.1.2.2测量重复性引入的不确定度分量在相同条件下，被校系统测量在片噪声系数标准件10次，测量结果如表C.1所示。入的不确定度分量a-0.003dB.C.1.3合成标准不确定度kB2A/M、M₂相互独立，互不相关，则合成标准不确定度为b)在片低噪声放大器一致性引入的不确定度分e)级联时键合引线引入的不确定度分量：按均匀分布估计，取√3,则由键合引线引入的不确定度分量：123456789测量重复性的实验标准偏差s(x)-0.025dB,按照A类方法进行评定，测HE[军工]195-2018kB2BBAM、M2、、w₄相互独立，互不相关，则合成标准不确定度：123456789测量重复性的实验标准偏差s(x)-0.011,按照A类方法进行评定，测量kB2A、相互独立，互不相关，则合成标准不确定度：取包含因子k-2,则扩展不确定度为U-kme-0.Y=Xb)测量重复性引入的不确定度分量。123456789测量重复性的实验标准偏差s(x)-0.68°,按照A类方法进行评定，测量