一种测定低噪放退化功率阈值和损伤功率阈值的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测定微电子器件与电路性能参数的方法，具体涉及一种测定低噪放退化功率阈值和损伤功率阈值的方法，属于微电子技术领域。
【背景技术】
[0002]随着电磁环境的日益复杂，微电子器件与电路受到的威胁越来越大。微电子器件与电路对电磁脉冲环境的敏感度可以用退化或损伤功率阈值来表征。然而，目前可供微电子器件与电路退化或损伤阈值测定参考的实验方法仅有中华人民共和国国家军用标准《半导体器件电磁脉冲损伤阈值实验方法》，该标准规定了用直接注入法测定半导体器件(分立器件、微电路)的电磁脉冲损伤阈值的基本方法和要求。该标准适用于有抗辐射加固要求的一般半导体器件与电路，但其实验属于破坏性实验，测得阈值为损伤阈值。
[0003]低噪声放大器(low noise amplifier, LNA,简称低噪放)是一种噪声系数很低的放大器，一般用于射频电子系统前端以及有高灵敏度要求的电子设备中。对于低噪放而言，在电磁脉冲环境下发生破坏性的损伤效应之前往往会发生特性退化效应，而对于射频电子系统前端以及高灵敏度要求的电子设备来讲，低噪放的特性退化也不容忽视，然而目前却没有测定低噪放退化功率阈值的实验方法。另外，噪声系数是低噪放的一个重要指标，控制噪声、提高信噪比对于低噪放放大微弱信号减少干扰极为重要，因此，在判断低噪放损伤与否的时候不参考噪声系数这一指标的变化情况是极不合理的，即便参考噪声系数也不能按照惯常采用的以性能参数变化50 %的判断方式去实施，所以目前亟需一个合理的、基于应用需求和统计经验的判据。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种测定低噪放退化功率阈值和损伤功率阈值的方法，该测定方法不仅可以实现对低噪放退化功率阈值的估计以满足低噪放高可靠性需求，而且可以提高低噪放损伤功率阈值测定的精确度与合理性，同时还具有测试过程简单的优点。
[0005]为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案:
[0006]—种测定低噪放退化功率阈值和损伤功率阈值的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0007]一、构建测试平台:
[0008]利用信号源、脉冲信号发生器、功率放大器、可调衰减器、功率计、噪声分析仪、矢量网络分析仪和定向耦合器搭建测试平台，
[0009]由信号源产生信号，该信号经脉冲信号发生器形成脉冲信号，将该脉冲信号进行调制得到脉冲调制的载波信号，将脉冲调制的载波信号经射频功率放大器放大，并将该信号连接可调衰减器，再通过定向耦合器连接到功率计上以观测注入信号功率，最后将信号接入待测样品输入端，同时在待测样品输入端和输出端通过开关并联噪声分析仪和矢量网络分析仪用于测量功率注入前后的低噪放小信号特性参数；
[0010]二、构造注入信号样式，设置测试参数:
[0011]构造的注入信号为正弦波载波的周期性调制矩形波脉冲信号；
[0012]将脉冲信号发生器设置为周期性脉冲输出，根据待测样品设置脉冲信号发生器输出的脉冲宽度τ、脉冲周期T以及脉冲个数η，同时设置信号源输出的载波频率f，前述载波频率f在待测样品工作频带范围内，并在测试过程中保持该载波频率f恒定；
[0013]三、测试:
[0014](I)、用矢量网络分析仪和噪声分析仪测量待测样品的小信号S参数I S211和噪声系数NF，并作相应记录；
[0015](2)、通过调节射频功率放大器和可调衰减器设定注入信号平均功率，对待测样品持续注入一定时间Td= η.Τ，并记录下本次注入功率值；
[0016](3)、本次注入结束后，通过开关切换利用矢量网络分析仪和噪声分析仪只测量本次注入后待测样品的小信号S参数I S211和噪声系数NF，并作记录；
[0017](4)、增大注入信号平均功率进行下一次注入，反复进行第(2)和第(3)两步，直到测量得到的小信号S参数|S21|和噪声系数NF发生剧烈恶化为止，每一组待测样品用于功率注入的最大重复次数不超过4次；
[0018]四、提取退化功率阈值和损伤功率阈值:
[0019](I)、利用数据处理软件绘制小信号S参数I S211和噪声系数NF随着注入功率Pin增大而变化的双I轴坐标系曲线图；
[0020](2)、观察两条曲线，在注入功率步进增大的过程中，将第一次满足噪声系数NF恶化0.4dB以上时所对应的注入功率记为退化功率阈值，将满足小信号S参数I S211降低50%以上或噪声系数NF恶化至1dB以上任意一个条件时所对应的注入功率记为损伤功率阈值。
[0021]前述的测定方法，其特征在于，前述测试平台中还包括:第一隔离器和第二隔离器，脉冲信号发生器形成的脉冲信号先经第一隔离器再进功率放大器，待测样品输出端通过第二隔离器接负载。
[0022]前述的测定方法，其特征在于，前述测试平台中还包括:环形器，前述环形器连接在可调衰减器和定向耦合器之间。
[0023]前述的测定方法，其特征在于，在步骤三中，功率步进增加幅度设为ldB。
[0024]前述的测定方法，其特征在于，在步骤三中，小信号S参数I S211和噪声系数NF发生剧烈恶化的标准为:小信号S参数I S211降低50%以上，噪声系数NF恶化至1dB以上。
[0025]本发明的有益之处在于:
[0026](I)本发明的测定方法采用脉冲调制的载波信号作为注入信号样式，并且将载波频率设定为低噪放工作频带内的频率值，使得功率注入效果更好，阈值测量结果更能反映出低噪放实际工作条件下的抗功率程度；
[0027](2)本发明的测定方法利用噪声系数作参考，可以得到低噪放退化功率阈值，满足了目前低噪放高可靠性和用于电子系统前端及高灵敏度电子设备中低噪声的要求；
[0028](3)本发明的测定方法对损伤功率阈值的测定增加了噪声系数恶化这一项作为判据，切实结合了低噪放的具体应用背景，并大幅度提高了测试精度。
【附图说明】
[0029]图1是本发明的测定方法的流程框图；
[0030]图2是本发明的测定方法中测试平台的组成示意图；
[0031]图3是本发明的测定方法中构造的注入信号样式图；
[0032]图4是本发明的测定方法得到的小信号S参数|S21|和噪声系数NF随着注入功率Pin增大而变化的双I轴坐标系曲线图。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明的目的、特征和优点更明显且易于理解，以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0034]参照图1，本发明的测定低噪放退化功率阈值和损伤功率阈值的方法包括以下步骤:
[0035]一、构建测试平台
[0036]首先，介绍该测试平台的组成。
[0037]参照图2，该测试平台主要由信号源、脉冲信号发生器、功率放大器、可调衰减器、定向耦合器、功率计、噪声分析仪和矢量网络分析仪等搭建而成。
[0038]为了避免干扰信号的影响，测试平台还包括:第一隔离器和第二隔离器，其中，第一隔离器连接在脉冲信号发生器和功率放大器之间，其可避免前后仪器之间的互相影响；第二隔离器连接在待测样品输出端于负载之间，其可以吸收待测样品的输出功率，并保证待测样品免于来自于吸收负载的信号干扰。
[0039]为了保护仪器免于反射微波脉冲的损伤，测试平台还包括:环形器。环形器连接在可调衰减器和定向耦合器之间，其可以保护前级仪器免于反射微波脉冲的损伤。
[0040]接下来，介绍该测试平台的工作顺序。
[0041]参照图2，首先由信号源产生某一频率信号，该信号经脉冲信号发生器形成脉冲信号，然后将该脉冲信号进行调制得到脉冲调制的载波信号，将脉冲调制的载波信号经第一隔离器和射频功率放大器放大，放大后产生具有较高功率密度的脉冲调制信号，该高功率密度的脉冲调制该信号依次经可调衰减器、环形器和定向耦合器后可注入到待测样品输入端，同时连接在定向耦合器上的还有功率计，功率计用以监测注入到待测样品中的实际平均功率，待测样品输出端通过第二隔离器接负载。待测样品的输入端和输出端通过开关并联噪声分析仪和矢量网络分析仪，噪声分析仪和矢量网络分析仪用以测量每一次功率注入前后的低噪放小信号特性参数。
[0042]二、构造注入信号样式，设置测试参数
[0043]构造如图3所示的注入信号样式，该注入信号样式的特点是:正弦波载波的周期性调制矩形波脉冲信号。
[0044]实现图3所示的注入信号样式的具体步骤如下:
[0045]1、将脉冲信号发生器设置为周期性脉冲输出，根据待测样品设置脉冲信号发生器输出的脉冲宽度τ、脉冲周期T以及脉冲个数η。
[0046]2、根据待测样品设置信号源的载波频率f，该载波频率f在待测样品工作频带范围内，并在测试过程中保持该载波频率f恒定。
[0047]三、测试
[0048]1、用矢量网络分析仪测量待测样品的小信号S参