T_CASAS 030-2023 GaN毫米波前端芯片测试方法-（高清版）.docx

ICS 31.080 CCS L 40/49团体标准T/CASAS 0302023GaN 毫米波前端芯片测试方法Measurement methods on GaN millimeter Wave front-end MMIC版本：V01.002023-06-30 发布2023-07-01 实施第三代半导体产业技术创新战略联盟发布目次前言III引言IV1 范围12 规范性引用文件13 术语和定义14 符号25 一般要求2通则2测试环境要求3测试工具/仪表要求3测试输入条件要求36 测试方法4接收/发射小信号增益、输入输出端口电压驻波比、静态电流测试46.1.1 目的46.1.2 测试框图46.1.3 测试程序4接收/发射通道 1dB 压缩点输出功率、发射通道动态电流测试56.2.1 测试目的56.2.2 测试框图56.2.3 测试程序5接收噪声系数测试56.3.1 测试目的56.3.2 测试框图56.3.3 测试程序6开关时间测试66.4.1 测试目的66.4.2 测试框图66.4.3 测试程序7参考文献8前言本文件按照 GB/T 1.12020标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由北京第三代半导体产业技术创新战略联盟标准化委员会（CASAS）制定发布，版权归 CASAS 所有，未经 CASAS 许可不得随意复制；其他机构采用本文件的技术内容制定标准需经 CASAS 允许；任何单位或个人引用本文件的内容需指明本文件的标准号。本文件起草单位：中国电子科技集团第五十五研究所、中兴通讯股份有限公司、北京大学、苏州能讯高能半导体有限公司、中国科学院半导体研究所、中国电子科技集团第十三研究所、北京第三代半导体产业技术创新战略联盟。本文件主要起草人：周强、龚健伟、余旭明、刘建利、王茂俊、徐瑞鹏。引言对移动通信 5G 技术发展的需要，作为 5G 基站内部重要模块的毫米波氮化镓前端芯片，在 5G 基的多个领域应用越来越广泛和受到重视。因此，为了进一步加快毫米波氮化镓前端芯片的产业化规模化应用，迫切需要制定毫米波氮化镓前端芯片（的微相电关子测器试件方试法验和方规法范和，程以序便）更等加国有标效的和内专容业，并结合了近几年科米波氮化镓前研端人芯员片在性毫能米不波断氮提化升镓的前真端实芯水片平领，域使的得研质发量、更测加试可评靠估，应以用及更应符用合方实面际的设经计验的总需结求，对。毫米波氮化镓前端5G 移动通信芯技片术性的能发指展标提的供测技试术方基法础进及行支了撑详。细的规定，包括且不限于测试目的、测试环境、测试方法及步骤、测文件借鉴了 试GJ工B 具54及8C仪表20等21，但局限于当前科研人员对毫米波氮化镓前端芯片本身的认知，以及该产品生产与应用所处的发展阶段，可能还存在一些不足的地方，后续将根据研究进展不断进行完善和升级。GaN 毫米波前端芯片测试方法1 范围本文件描述了GaN 毫米波前端芯片（以下简称“GaN 前端芯片”）的测试条件、测试要求和测试方法。本文件适用于 GaN 前端芯片的测试、质量评价。2 规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。饱和输出功率 saturation output power饱和工作时输出信号的功率值。噪声系数 noise coefficien输入端信噪比与输出端信噪比的比值。小信号增益 small signal gain工作在线性工作区时输出信号与输入信号的功率比，通常以分贝为单位，线性工作区指输出功率变化的分贝数与输入功率变化的分贝数相同的区域。电压驻波比 voltage standing wave ratio电压振幅最大值与电压振幅最小值之比。输入端的电压驻波比即为输入电压驻波比，输出端的电压驻波比即为输出电压驻波比。动态电流 dynamic current有输入功率条件下的工作电流。静态电流 static current无输入功率条件下的工作电流开关时间 switching time1dB 压缩点输出功率 output power for 1dB compression开关时间是指开关从“导通”状态转变为“截止”状态以及从“截止”状态转变为“导通”状态所的时间。在功率增益下降到比小信号增益低1dB时的输出功率。4 符号和缩略语下列符号和缩略语适用于本文件。G-T：发射通道小信号增益。G-R：接收通道小信号增益。IDQ-T：发射通道静态电流。IDQ-R：接收通道静态电流。NF：接收通道噪声系数。RX-IN：接收通道输入。RX-OUT：接收通道输出。TX-IN：发射通道输入。TX-OUT：发射通道输出。ton：开关开通时间toff：开关关断时间。VDT：发射通道漏极电压。VGT：发射通道栅极电压。VDR：接收通道漏极电压。VGR：接收通道栅极电压。VSW：开关切换电压。VSWR-Rin：接收通道输入端口电压驻波比。VSWR-Rout：接收通道输出端口电压驻波比。VSWR-Tin：发射通道输入端口电压驻波比。VSWR-Tout：发射通道输出端口电压驻波比。5 一般要求 通则本文件中所有测试方法应按照以下通则：a) GaN 前端芯片的测试连接图，主要考虑射频仪表的连接，仅为示意图；b) 仪表设置中涉及到的具体参数，以实际测试时 GaN 前端芯片具体情况为参考依据；c) 某项 GaN 前端芯片指标的测试，仅列举常用测试方法，不排除其他测试方法的正确性；d) 本文件中在各章节出现的、等参数代号，无相关性。 测试环境要求除另有规定外，应在下列环境中进行测试：a) 测试环境温度要求为 25 2 ；b) 测试环境相对湿度不超过 65 % RH。 测试工具/仪表要求本文件中测试工具/仪表要求如表 1 所示。表1 测试工具/仪表要求测试工具/仪表推荐性能要求大功率衰减器频率范围至少满足50 GHz，功率要求至少10 W，衰减值推荐为30 dB。矢量网络分析仪频率范围至少满足50 GHz，输出功率不小于5 dBm且动态范围大于等于50 dB。直流稳压电源电源供电电压推荐不小于28 V，供电电流推荐不小于10 A。频谱仪频率范围至少满足50 GHz，至少包含毫米波信号所需的各类模板。功率计频率范围至少满足50 GHz，功率检测至少大于27 dBm。信号源频率范围至少满足50 GHz，至少可输出单音信号。脉冲信号发生器脉宽范围至少满足100 ns，输出电平不小于5 V电压。耦合器频率范围至少满足50 GHz，功率要求至少40 W，耦合度推荐为40 dB。隔离器频率范围至少满足50 GHz，隔离度至少大于30 dB。型号与版本以实物版本为准。 测试输入条件要求本文件中结合图 1 的 GaN 前端芯片电路原理图，对被测 GaN 前端芯片的测试输入条件要求如下：a) GaN 前端芯片包含完整正常可使用TXIN和TXOUT端口以及RXIN和RXOUT端口；b) GaN 前端芯片的供电单元可保证功放正常供电，正常供电后 GaN 前端芯片静态电流显示正常；c) GaN 前端芯片的开关控制单元可正常控制功放开关（包含打开和关闭）；d) GaN 前端芯片外观良好，无破损或其他异常情况。发射支路VGTVDTTX_INPASWTX_OUTRX_OUTRX_INLNAVSWVDRVGR接收支路图1 前端收发芯片电路原理图测试方法 接收/发射小信号增益、输入输出端口电压驻波比、静态电流测试6.1.1 目的在规定条件下，测试 GaN 前端芯片接收/发射通道增益、输入输出端口电压驻波比、静态电流指标。6.1.2 测试框图测试框图如图 2 所示。VDTVSWVGRVGT被测件矢量网络分析仪RF2RF1VGTVGRVSWVDRVDTVDR电源5电源4电源3电源2电源1（a） 发射通道VDTVSWVGRVGT被测件矢量网络分析仪RF2RF1VGTVGRVSWVDRVDTVDR电源5电源4电源3电源2电源1（b） 接收通道 图2 小信号测试框图6.1.3 测试程序按以下步骤测试输入输出端口电压驻波比、静态电流：a) 矢量网络分析仪开机预热不少于 30 min；b) 设定矢量网络分析仪的测试频率和输入电平，使用矢量网络分析仪自带的校准程序进行校准， 按照校准向导依次进行开路、短路、负载、直通的连接以及校准，校准完成后，观察直通插损和端口回波损耗，当插损小于 0.05 dB,回波损耗大于 30 dB,方可进行测试；c) 按图 2（a）所示连接测试系统；d) 按发射通道加电要求施加偏置电压并记录𝑉DT端静态电流IDQ-T；e) 测试芯片G-T、VSWR-Tin、VSWR-Tout；f) 按图 2（b）所示连接测试系统；g) 按接收通道加电要求施加偏置电压并记录𝑉DR端静态电流IDQ-R；h) 测试芯片G-R、VSWR-Rin、VSWR-Rout。 接收/发射通道 1dB 压缩点输出功率、发射通道动态电流测试6.2.1 测试目的在规定条件下，测试 GaN 前端芯片 1 dB 压缩点输出功率以及动态电流指标。6.2.2 测试框图测试框图如图 2 所示。6.2.3 测试程序按以下步骤测试测试 GaN 前端芯片 1 dB 压缩点输出功率以及动态电流：a) 矢量网络分析仪开机预热不少于 30 min；b) 设定矢量网络分析仪的测试频率和扫描功率，使用矢量网络分析仪自带的校准程序进行校准， 按照校准向导依次进行功率、开路、短路、负载、直通的连接以及校准，校准完成后，观察直通插损和端口回波损耗，当插损小于 0.05 dB,回波损耗大于 30 dB,方可进行测试；c) 按图 2（a）所示连接测试系统；d) 按发射通道加电要求施加偏置电压，测试芯片发射通道 1 dB 压缩点输出功率以及𝑉DT端动态工作电流；e) 按图 2（b）所示连接测试系统；f) 按接收通道加电要求施加偏置电压，测试芯片接收通道 1 dB 压缩点输出功率。 接收噪声系数测试6.3.1 测试目的在规定条件下，测试 GaN 前端芯片接收通道噪声指标。6.3.2 测试框图测试框图如图 3 所示。VDTVSWVGRVGT被测件矢量网络分析仪RF2RF1VGTVGRVSWVDRVDTVDR电源5电源4电源3电源2电源1图3 接收噪声系数测试框图6.3.3 测试程序按以下步骤测试 GaN 前端芯片接收通道噪声：a) 矢量网络分析仪开机预热不少于 30 min；b) 设定矢量网络分析仪的测试频率和扫描功率，使用矢量网络分析仪自带的校准程序进行校准， 按照校准向导依次进行功率、开路、短路、负载、直通的连接以及校准，校准完成后，观察直通下噪声系数，当噪声系数小于 0.1 dB,方可进行测试；c) 按图 3 所示连接测试系统；d) 按接收通道加电要求施加偏置电压，测试芯片NF。 开关时间测试6.4.1 测试目的在规定条件下，测试 GaN 前端芯片开关时间指标。6.4.2 测试框图控制信号脉冲信号发生器V1同步控制信号被测件示意图RF2/RF3/RF4PoutPin放大器（可选）信号源50负载（可选）RFCRF1V8V1V8多路驱动器（可选）检波器示波器测试框图如图 4 所示。t1t2ton50%同步控制信号90%检波信号t1t2toff50%同步控制信号10%检波信号图4 开关时间测试框图6.4.3 测试程序按以下步骤测试 GaN 前端芯片开关时间：a) 开启测试仪器预热半小时不少于 30 min，设定测试频率和输入功率；b) 调节脉冲信号发生器，校准其输出的控制信号和同步控制信号，使两者延时为零；c) 按图 4 所示连接测试系统，RFCRF1、RFCRF2、RFCRF3或RFCRF4任意一路，测试框图以RFCRF1通路为例；d) 接被测件，分别通过信号源、电源和脉冲发生器加规定的射频信号和控制信号；e) 在示波器上读出检波信号上升沿 90 %与同步控制信号上升沿 50 %的延迟时间ton (见图 4），检波信号下降沿 10 %与同步控制信号下降沿 50 %的延迟时间toff(见图 4）；ton、toff即为开关时间。参 考 文 献1 GJB 548B 2005 微电子器件试验方法和程序(Test methods and procedures for microelectronic device )第三代半导体产业技术创新战略联盟（CASA）