目前，低噪聲放大器芯片在設計、生產、檢驗和應用等環節需要使用在片測試設備，但目前各研究機構、單位或公司主要使用國外微波測試產品。本公司的3986噪聲系數分析儀，一體化最高頻率高達67GHz，可應用于低噪聲放大器芯片噪聲系數的高精度快速測試。
本文針對低噪聲放大器芯片噪聲系數和增益的快速測試問題，設計了On-wafer測試試驗，搭建基于3986噪聲系數分析儀、3672系列矢量網絡分析儀的測試系統，測試系統如圖1所示。通過對某型號低噪聲放大器芯片的測試，測得芯片的噪聲系數和增益，并對比了測試曲線與廠家提供的指標曲線，驗證測試系統正確性。
圖1 低噪聲放大器芯片測試系統框圖
1 系統組成
低噪聲放大器芯片測試系統組成如圖2所示，此系統主要組成為：
（1）噪聲系數分析儀。型號3986E，頻段10MHz~26.5GHz。
（2）矢量網絡分析儀。型號3672D，頻段10MHz~50GHz。
（3）噪聲源。頻段10MHz~26.5GHz。
（4）探針臺。型號：CASCADE 12652B-6。
（5）探針。GSG探針2個，直流探針2個。
（6）在片校準片。型號：CASCADE 101-190C。
（7）同軸校準件。
（8）直流電源。型號：大華DH1715A-3型直流雙路跟蹤穩壓穩流電源。
（9）低噪聲放大器芯片（被測件）。頻段2.6~3.8GHz；電壓+5V@42mA。
（10）電纜。穩幅穩相電纜2根，測試線纜2根。
圖2 低噪聲放大器芯片測試系統組成
2 測試流程
2.1 系統設置
（1）開啟噪聲系數分析儀和矢量網絡分析儀，預熱充分。
（2）根據芯片的測試要求及預測試分析，設置噪聲系數分析儀起始頻率為2.6GHz，終止頻率3.8GHz，掃描點數21點。相關參數及設置方法如表1所示。
表1 噪聲系數分析儀相關參數及設置方法
（3）根據芯片的測試要求及預測試分析，設置矢量網絡分析儀的起始頻率為2.6GHz，終止頻率3.8GHz，掃描點數21點，測試軌跡為S21。相關參數及設置方法如表2所示。
表2 矢量網絡分析儀相關參數及設置方法
2.2 系統校準
（1）校準噪聲系數分析儀
噪聲系數分析儀連接噪聲源后，點擊【校準】校準噪聲系數分析儀主機。
（2）校準矢量網絡分析儀
矢量網絡分析儀兩端口分別接穩幅穩相電纜，用同軸校準件對其進行SOLT校準，如圖3所示（詳細校準步驟請參閱相關資料，在此不再詳述）。
圖3 矢量網絡分析儀校準
（3）用矢量網絡分析儀測試探針等附件損耗S21
將圖3中的校準件取下，將穩幅穩相電纜連接線纜，線纜另一端接探針，探針扎在在片校準片的直通件上使兩個端口連通，連接示意圖如圖4所示。
在矢量網絡分析儀中點擊[文件]→[另存為]，保存測試數據為s.csv文件。其中S21數據即為所需損耗。
圖4 矢量網絡分析儀在片損耗測試連接
（4）計算并設置損耗補償
損耗補償是在噪聲系數分析儀校準后、測試開始前，需要添加到噪聲系數分析儀中的數據，作用是補償掉線纜、探針帶來的損耗。損耗補償分為DUT前和DUT后兩部分，每一部分值為：-|S21|/2，DUT前/后損耗數據如表3所示。
表3 DUT前/后損耗數據表
點擊【損耗補償】→[DUT前表格]→[損耗補償表]→[DUT前表格]，編輯損耗補償表，將頻率點和損耗數據輸入。按照同樣方法，將DUT后補償表輸入完成。
2.3 系統測試
（1）連接測試芯片
將噪聲源輸出端口連接到測試線纜，另一根線纜連接噪聲系數分析儀輸入端口。取下在片校準片，替換為低噪聲放大器芯片，用直流電源為其供電，同時對載物臺接地。低噪聲放大器顯微圖片和測試連接示意圖如圖5所示。
圖5 低噪聲放大器測試連接
（2）測試結果及分析
3986噪聲系數分析儀提供圖形、表格、測試儀三種顯示格式，可根據需求選擇對應格式。在本次試驗中，通過【格式】→[顯示格式]→[圖形]設置，查看當前測試數據的曲線圖；通過【格式】→[顯示格式]→[表格]設置，查看當前測試數據的表格數據。低噪聲放大器芯片噪聲系數、增益測試曲線和表格數據如圖6所示。
圖6 低噪聲放大器芯片噪聲系數、增益測試曲線和表格數據
已知該低噪聲放大器芯片噪聲系數典型值為1.05dB，增益為24dB。將測得的數據寫入excel制成曲線（右），與廠家提供的典型曲線（左）對比。噪聲系數測試曲線對比如圖7所示，增益測試曲線對比如圖8所示。曲線重合度較高。
圖7 噪聲系數測試結果與典型曲線對比
圖8 增益測試結果與典型曲線對比
總結
本次對低噪聲放大器的測試，可應用于低噪聲放大器芯片的生產測試環節，為保證測試的準確性，需要注意以下內容：
（1）3986噪聲系數分析儀進行噪聲系數和增益的測試，測試前要先連接噪聲源進行主機校準，然后輸入損耗補償值。不推薦直接使用噪聲系數分析儀測試附件插損。
（2）3672矢量網絡分析儀用作系統校準，測試探針、線纜整體的S21，計算損耗補償值。因此在校準前需要充分預熱，保證校準數據可反復使用。
（3）采用標量二分的方法補償系統附件插損，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偶一致性。
