目前，低噪声放大器芯片在设计、生产、检验和应用等环节需要使用在片测试设备，但目前各研究机构、单位或公司主要使用国外微波测试产品。本公司的3986噪声系数分析仪，一体化最高频率高达67GHz，可应用于低噪声放大器芯片噪声系数的高精度快速测试。
本文针对低噪声放大器芯片噪声系数和增益的快速测试问题，设计了On-wafer测试试验，搭建基于3986噪声系数分析仪、3672系列矢量网络分析仪的测试系统，测试系统如图1所示。通过对某型号低噪声放大器芯片的测试，测得芯片的噪声系数和增益，并对比了测试曲线与厂家提供的指标曲线，验证测试系统正确性。
图1 低噪声放大器芯片测试系统框图
1 系统组成
低噪声放大器芯片测试系统组成如图2所示，此系统主要组成为：
（1）噪声系数分析仪。型号3986E，频段10MHz~26.5GHz。
（2）矢量网络分析仪。型号3672D，频段10MHz~50GHz。
（3）噪声源。频段10MHz~26.5GHz。
（4）探针台。型号：CASCADE 12652B-6。
（5）探针。GSG探针2个，直流探针2个。
（6）在片校准片。型号：CASCADE 101-190C。
（7）同轴校准件。
（8）直流电源。型号：大华DH1715A-3型直流双路跟踪稳压稳流电源。
（9）低噪声放大器芯片（被测件）。频段2.6~3.8GHz；电压+5V@42mA。
（10）电缆。稳幅稳相电缆2根，测试线缆2根。
图2 低噪声放大器芯片测试系统组成
2 测试流程
2.1 系统设置
（1）开启噪声系数分析仪和矢量网络分析仪，预热充分。
（2）根据芯片的测试要求及预测试分析，设置噪声系数分析仪起始频率为2.6GHz，终止频率3.8GHz，扫描点数21点。相关参数及设置方法如表1所示。
表1 噪声系数分析仪相关参数及设置方法
（3）根据芯片的测试要求及预测试分析，设置矢量网络分析仪的起始频率为2.6GHz，终止频率3.8GHz，扫描点数21点，测试轨迹为S21。相关参数及设置方法如表2所示。
表2 矢量网络分析仪相关参数及设置方法
2.2 系统校准
（1）校准噪声系数分析仪
噪声系数分析仪连接噪声源后，点击【校准】校准噪声系数分析仪主机。
（2）校准矢量网络分析仪
矢量网络分析仪两端口分别接稳幅稳相电缆，用同轴校准件对其进行SOLT校准，如图3所示（详细校准步骤请参阅相关资料，在此不再详述）。
图3 矢量网络分析仪校准
（3）用矢量网络分析仪测试探针等附件损耗S21
将图3中的校准件取下，将稳幅稳相电缆连接线缆，线缆另一端接探针，探针扎在在片校准片的直通件上使两个端口连通，连接示意图如图4所示。
在矢量网络分析仪中点击[文件]→[另存为]，保存测试数据为s.csv文件。其中S21数据即为所需损耗。
图4 矢量网络分析仪在片损耗测试连接
（4）计算并设置损耗补偿
损耗补偿是在噪声系数分析仪校准后、测试开始前，需要添加到噪声系数分析仪中的数据，作用是补偿掉线缆、探针带来的损耗。损耗补偿分为DUT前和DUT后两部分，每一部分值为：-|S21|/2，DUT前/后损耗数据如表3所示。
表3 DUT前/后损耗数据表
点击【损耗补偿】→[DUT前表格]→[损耗补偿表]→[DUT前表格]，编辑损耗补偿表，将频率点和损耗数据输入。按照同样方法，将DUT后补偿表输入完成。
2.3 系统测试
（1）连接测试芯片
将噪声源输出端口连接到测试线缆，另一根线缆连接噪声系数分析仪输入端口。取下在片校准片，替换为低噪声放大器芯片，用直流电源为其供电，同时对载物台接地。低噪声放大器显微图片和测试连接示意图如图5所示。
图5 低噪声放大器测试连接
（2）测试结果及分析
3986噪声系数分析仪提供图形、表格、测试仪三种显示格式，可根据需求选择对应格式。在本次试验中，通过【格式】→[显示格式]→[图形]设置，查看当前测试数据的曲线图；通过【格式】→[显示格式]→[表格]设置，查看当前测试数据的表格数据。低噪声放大器芯片噪声系数、增益测试曲线和表格数据如图6所示。
图6 低噪声放大器芯片噪声系数、增益测试曲线和表格数据
已知该低噪声放大器芯片噪声系数典型值为1.05dB，增益为24dB。将测得的数据写入excel制成曲线（右），与厂家提供的典型曲线（左）对比。噪声系数测试曲线对比如图7所示，增益测试曲线对比如图8所示。曲线重合度较高。
图7 噪声系数测试结果与典型曲线对比
图8 增益测试结果与典型曲线对比
总结
本次对低噪声放大器的测试，可应用于低噪声放大器芯片的生产测试环节，为保证测试的准确性，需要注意以下内容：
（1）3986噪声系数分析仪进行噪声系数和增益的测试，测试前要先连接噪声源进行主机校准，然后输入损耗补偿值。不推荐直接使用噪声系数分析仪测试附件插损。
（2）3672矢量网络分析仪用作系统校准，测试探针、线缆整体的S21，计算损耗补偿值。因此在校准前需要充分预热，保证校准数据可反复使用。
（3）采用标量二分的方法补偿系统附件插损，DUT前和DUT后均等于-|S21|/2，因此需要探针和电缆具有较好的对偶一致性。
