JJF(軍工) 195-2018 在片噪聲測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范

國防軍工計量技術(shù)規(guī)范JJF(軍工)195—2018在片噪聲測量系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范CalibrationSpecificationforOn-waferNoiseMeasurement2018-11-08發(fā)布2019-04-01實施主要起草單位：國防科技工業(yè)1312二級計量站國防科技工業(yè)3212二級計量站本規(guī)范主要起草人：吳愛華(國防科技工業(yè)1312二級計量站)梁法國(國防科技工業(yè)1312二級計量站)劉晨(國防科技工業(yè)1312二級計量站)王一幫(國防科技工業(yè)1312二級計量站)孫靜(國防科技工業(yè)1312二級計量站)欒鵬(國防科技工業(yè)1312二級計量站)參加起草人：樓紅英(國防科技工業(yè)3212二級計量站) 1 1 1 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 4 4 5 8 8 9 1F—噪聲系數(shù)，dB;F—噪聲系數(shù)，dB;我 在片噪聲測量系統(tǒng)主要用于微波半導(dǎo)體裸芯片器件的噪聲性能測試，以得到器件的噪聲模型，在放大器設(shè)計時指導(dǎo)合理地選擇器件的源反射系數(shù)點進行匹配。5計量特性5.1噪聲系數(shù)測量范圍：1.0dB~10dB,測量不確定度：0.3dB-1.0dB(k-2);頻率范圍：26.5GHz-40GHz;測量范圍：3.0dB-10dB,測量不確定度：0.3dB-1.0dB(k-2)。5.2噪聲參數(shù)5.2.1最小噪聲系數(shù)頻率范圍：1GHz-26.5GHz:測量范圍：1.0dB-10dB,測量不確定度：0.3dB-1.0dB(k-2):頻率范圍：26.5GHz-40GHz:測量范圍：3.0dB-10dB,測量不確定度：0.3dB-1.0dB(k=2)。52.2最佳源反射系數(shù)幅度測量范圍：0.30-0.60,測量不確定度：0.05-0.12(k=2)。5.2.3最佳源反射系數(shù)頻率范圍：1GHz-40GHzi頻率范圍：1GHz-40GHz;測量范圍：502-2002,相對測量不確定度：8%~12%(k=2)。6校準(zhǔn)條件6.1環(huán)境條件a)環(huán)境溫度：15℃-25℃,校準(zhǔn)過程中溫度波動范圍在±2℃以內(nèi)：d)潔凈度等級：優(yōu)于十萬級：e)其他：周圍無影響儀器正常工作的電磁干擾和機械振動。6.2校準(zhǔn)用設(shè)備校準(zhǔn)用設(shè)備應(yīng)經(jīng)過計量技術(shù)機構(gòu)檢定或校準(zhǔn)，滿足校準(zhǔn)使用要求，并在有效期內(nèi)。43)相對測量不確定度：3%-9%(k-2)。b)Sm幅度：0.5:57.2校準(zhǔn)方法用目視法檢查被校測量系統(tǒng)及附件外觀完好無損，所有儀器上的按鍵及旋鈕應(yīng)操作靈活、牢固可靠、調(diào)節(jié)平滑，無影響正常工作的任何機械損傷，供電電源標(biāo)識明確，并設(shè)置正確，使用顯微鏡檢查微波和直流探針是否損傷。被校在片噪聲測量系統(tǒng)通電后所有儀器按鍵、旋鈕、菜單、指示燈、顯示屏、鼠標(biāo)、鍵盤、控制軟件、探針臺移動等功能是否正常。在片噪聲測量系統(tǒng)應(yīng)進行自校準(zhǔn)，主要步驟如下：a)被校系統(tǒng)開機預(yù)熱30min;b)按被校系統(tǒng)的測量要求以及所處的實際環(huán)境，設(shè)置當(dāng)前環(huán)境溫度、掃描類型、頻率、掃描點數(shù)、中頻帶寬，其中中頻帶寬一般小于200Hz;c)連接在片S參數(shù)校準(zhǔn)件于兩個探針之間，進行全雙端口S參數(shù)校準(zhǔn)：d)連接在片S參數(shù)校準(zhǔn)件中的“直通”標(biāo)準(zhǔn)于兩個探針之間，連接同軸S參數(shù)校準(zhǔn)件于噪聲源連接端口，進行同軸單端口S參數(shù)校準(zhǔn)；e)連接噪聲源于步驟d)中的校準(zhǔn)參考平面上，測量噪聲源的反射系數(shù)。從而對噪聲接收機進行校準(zhǔn)：)測量阻抗調(diào)配器內(nèi)部探針在不同位置下的S參數(shù)，對阻抗調(diào)配器進行預(yù)校準(zhǔn)：8)測量噪聲測量接收機在不同源反射系數(shù)下的噪聲功率，從而對噪聲測量接收機進7.2.1噪聲系數(shù)對于F大于或者等于3dB的校準(zhǔn)，采用被校系統(tǒng)對在片噪聲系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件直接測量的方法進行。在片噪聲系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件的量值至少選擇3dB和10dB,且覆蓋測量頻段，具體步驟如下：e6a)按圖2連接在片噪聲系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件于被校系統(tǒng)探針端口1和探針端口2之間：b)啟動測量，待測量完成后，讀取測量結(jié)果填入附錄A表格A.1中：c)更換其它在片噪聲系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件，重復(fù)步驟a)和b)。對于1GHz-26.5GHz頻率范圍內(nèi)，F(xiàn)小于3dB的校準(zhǔn)，引入同一個晶圓上的兩個在片低噪聲放大器，并進行考核，保證二者的噪聲參數(shù)相差處于合理的范圍內(nèi)，具體指標(biāo)通過被校系統(tǒng)測量在片噪聲系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件和在片低噪聲放大器1級聯(lián)后的整體噪聲參數(shù)NP?(簡稱級聯(lián)被測件),同時也要測量在片低噪聲放大器2的噪聲參數(shù)NP?(如圖3所示),最后通過附錄B中介紹的去嵌入算法，間接計算在片噪聲系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件的噪聲參數(shù)，進而計算噪聲系數(shù)。在片噪聲系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件的量值選取1dB,且覆蓋測量頻段，具體步驟如下：na)按圖4連接，級聯(lián)被測件位于被校系統(tǒng)探針端口1和探針端口2之間：b)啟動測量，待測量完成后，讀取級聯(lián)被測件噪聲參數(shù)測量結(jié)果NP?,并將測量結(jié)果填入附錄A表格A.2中；c)按圖4連接在片低噪聲放大器2置于被校系統(tǒng)探針端口1和探針端口2之間：d)啟動測量，待測量完成后，讀取在片低噪聲放大器2噪聲參數(shù)測量結(jié)果NP?,并將測量結(jié)果填入附錄A表格A2中：e)按照附錄B中提供的計算方法，計算得到F測量結(jié)果填入附錄A表格A.2中。只8e)按圖4連接在片低噪聲放大器2置于被校系統(tǒng)探針端口1和探針端口2之間；d)啟動測量，待測量完成后，讀取在片低噪聲放大器2噪聲參數(shù)測量結(jié)果NP?,并將測量結(jié)果填入附錄A表格A.4中：e)按照附錄B中提供的計算方法，計算得到Fm測量結(jié)果填入附錄A表格A.4中推春Tl標(biāo)稱值為0.3和0.6的在片最佳源反射系數(shù)幅度標(biāo)準(zhǔn)件，覆蓋被校系統(tǒng)的頻率測量范圍。步驟如下：a)按圖2連接P標(biāo)稱值為0.3標(biāo)準(zhǔn)件于被校系統(tǒng)探針端口1和探針端口2之間：b)啟動測量，待測量完成后，讀取Fm的測量結(jié)果填入附錄A表格A.5:e)更換rm標(biāo)稱值為0.6標(biāo)準(zhǔn)件，讀取rm的測量結(jié)果填入附錄A表格A.6.對被校系統(tǒng)∠Fm的校準(zhǔn)，采用在片最佳源反射系數(shù)相位標(biāo)準(zhǔn)件進行。步驟如下：a)按圖2連接在片最佳源反射系數(shù)相位標(biāo)準(zhǔn)件于被校測量系統(tǒng)探針端口1和探針端口2之間：b)啟動測量，待測量完成后，讀取∠Tm的測量結(jié)果填入附錄A表格A.7中。對被校系統(tǒng)R的校準(zhǔn)，采用等效噪聲電阻標(biāo)準(zhǔn)件，推薦標(biāo)稱值為50Ω和2000。步驟如下：a)按圖2連接R標(biāo)稱值為500標(biāo)準(zhǔn)件于被校測量系統(tǒng)探針端口1和探針端口2之b)啟動測量，待測量完成后，讀取Ra的測量結(jié)果填入附錄A表格A.8中：e)更換R。標(biāo)稱值為2000標(biāo)準(zhǔn)件，讀取R?的測量結(jié)果填入附錄A表格A9.8校準(zhǔn)結(jié)果的處理校準(zhǔn)結(jié)束后應(yīng)出具校準(zhǔn)證書。校準(zhǔn)證書應(yīng)準(zhǔn)確、客觀地報告校準(zhǔn)結(jié)果，校準(zhǔn)結(jié)果以校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等形式給出(見附錄A)。校準(zhǔn)證書應(yīng)包括委托方要求的、說明校準(zhǔn)結(jié)果所必需的和所用方法要求的全部信息9復(fù)校時間間隔在片噪聲測量系統(tǒng)的復(fù)校時間間隔一般不超過12個月。由于復(fù)校時間間隔的長短是由在片噪聲測量系統(tǒng)的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等諸因素所決定的，因此。送校單位可根據(jù)實際使用情況自主決定復(fù)校時間間隔。校準(zhǔn)記錄格式/)010OO表A8等效哚聲電阻(502)最小噪聲系數(shù)和噪聲系數(shù)間接測量法計算方法JHE(罕工)195-2018B.5在片噪聲標(biāo)準(zhǔn)件噪聲系數(shù)的計算公式將在片噪聲標(biāo)準(zhǔn)件的噪聲參數(shù)代入(B.8)中，并令r-0,計算噪聲系數(shù)。測量不確定度評定示例C.1最小噪聲系數(shù)(Fai)或噪聲系數(shù)F直接法測量不確定度評定C.1.1測量不確定度的來源采用在片標(biāo)準(zhǔn)件直接校準(zhǔn)被校系統(tǒng)的最小噪聲系數(shù)或噪聲系數(shù)，測量不確定度的數(shù)學(xué)模型為：其中，Y表示被校的噪聲系數(shù)或最小噪聲系數(shù)，X表示被校系統(tǒng)對在片標(biāo)準(zhǔn)件的測量結(jié)果。因此，測量結(jié)果的不確定度來源有以下幾項：a)在片標(biāo)準(zhǔn)件引入的不確定度分量；b)測量重復(fù)性引入的不確定度分量。C.1.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度C.1.2.1在片標(biāo)準(zhǔn)件引入的不確定度分量的以40GHz、標(biāo)稱值為3dB的在片噪聲系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件為例，標(biāo)準(zhǔn)件引入的測量不確定度分量m=0.154dB。C.1.2.2測量重復(fù)性引入的不確定度分量在相同條件下，被校系統(tǒng)測量在片噪聲系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)件10次，測量結(jié)果如表C.1所示。入的不確定度分量a-0.003dB.C.1.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度kB2A/M、M?相互獨立，互不相關(guān)，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為b)在片低噪聲放大器一致性引入的不確定度分e)級聯(lián)時鍵合引線引入的不確定度分量：按均勻分布估計，取√3,則由鍵合引線引入的不確定度分量：123456789測量重復(fù)性的實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差s(x)-0.025dB,按照A類方法進行評定，測HE[軍工]195-2018kB2BBAM、M2、、w?相互獨立，互不相關(guān)，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：123456789測量重復(fù)性的實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差s(x)-0.011,按照A類方法進行評定，測量kB2A、相互獨立，互不相關(guān)，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：取包含因子k-2,則擴展不確定度為U-kme-0.Y=Xb)測量重復(fù)性引入的不確定度分量。123456789測量重復(fù)性的實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差s(x)-0.68°,按照A類方法進行評定，測量