Определение параметров микроэлектронных вч и свч компонентов методом частотного окна
На правах рукописи
Малышев Илья Николаевич ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ВЧ И СВЧ КОМПОНЕНТОВ МЕТОДОМ ЧАСТОТНОГО ОКНА 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Нижний Новгород – 2008 2
Работа выполнена на кафедре «Компьютерные технологии в проектировании и производстве» Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева Научный руководитель доктор технических наук, профессор, Никулин Сергей Михайлович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, старший научный сотрудник Щитов Аркадий Максимович кандидат технических наук, Хилов Владимир Владимирович Ведущая организация Федеральное государственное учреждение "32 Государственный научно исследовательский испытательный институт Минобороны России", г. Мытищи
Защита состоится «18» февраля 2009 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д212.165.01 при Нижегородском государственном техническом университете им. Р.Е. Алексеева по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина,
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева.
Автореферат разослан «_» января 2009г.
Ученый секретарь диссертационного совета Назаров А.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы Широкое применение интегральных схем СВЧ и необходимость точного анализа на этапе проектирования ставит задачи по созданию моделей отечественных электронных компонентов. Для определения параметров моделей необходимо специальное оборудование, средства измерения и методики обработки результатов измерений. Однако, стоимость измерительного оборудования весьма велика, а методики не совершенны. Наиболее востребованными остаются измерительные приборы, построенные на основе векторного вольтметра или импульсного рефлектометра, каждый из которых обладает своими достоинствами и недостатками.
Для определения параметров моделей электронных компонентов актуально создание автоматизированных средств измерений, основанных на новых принципах функционирования и методах обработки измерительной информации, а также оптимальном сочетании цена/качество.
По-прежнему, остается актуальной задача корректного измерения параметров рассеяния нелинейных цепей, следовательно, и электронных компонентов в режиме большого сигнала. Любой способ измерения S-параметров четырехполюсников предполагает изменение режима возбуждения анализируемого объекта, поскольку, например, при возбуждении с входа и согласованном выходе анализу поддаются не более двух величин. При каждом новом режиме возбуждения нелинейной цепи появляются четыре новые неизвестные. По этой причине задача восстановления искомых величин традиционными методами анализа является некорректной, так как число неизвестных величин будет всегда больше числа уравнений, из которых они определяются. Более того, возбуждение нелинейной цепи с выхода при, например, согласованном входе, вообще не целесообразно и не ясно, как использовать реакцию цепи на такое воздействие. В силу нелинейности характеристик таких СВЧ компонентов, как транзисторы, диоды и т. д., при возбуждении гармоническим сигналом в спектре отраженных и прошедших через объект анализа волн появляются гармонические составляющие высших порядков, затрудняющие решение задачи восстановления элементов S–матрицы.
Существующие на мировом рынке приборы обеспечивают измерения только в стандартных коаксиальных или волноводных трактах. Для подключения СВЧ компонентов предназначенных для монтажа в полосковую линию передачи к стандартному коаксиальному тракту (к входам измерительного прибора) используются специальные контактные устройства иностранных производителей (Inter-Continental Microwave (США), ArumoTech Corporation (Корея), Cascade Microtech (США)), которые являются монополистами на мировом рынке (каждый в своей нише). Стоимость таких контактных устройств зачастую сопоставима или превышает стоимость измерительного прибора.
Варианты изготовления коаксиально-полосковых переходов контактных устройств с параметрами, близкими к идеальным, связаны со значительными технологическими трудностями, поэтому характеристики контактного устройства необходимо определять, с целью последующего исключения их влияния на результаты измерений. Описанные в литературе методы калибровки контактных устройств, как правило, требуют наличия полосковых калибровочных мер с известными СВЧ параметрами. Однако отсутствие аппаратуры для их аттестации и несовершенство расчетных методик не позволяют иметь точную информацию о характеристиках этих мер. Поэтому актуальна разработка методов и конструкций контактных устройств, позволяющих проводить калибровку с использованием не аттестованных калибровочных полосковых мер. Для повышения точности калибровки необходима разработка методов, позволяющих получить достоверную информацию об их электромагнитных характеристиках из результатов измерений.
При решении всех перечисленных задач целесообразно использовать современные программные среды автоматизированного проектирования и моделирования.
Цель работы состоит в разработке методов и средств определения параметров активных и пассивных линейных и нелинейных микроэлектронных компонентов для поверхностного монтажа, на основе новых способов измерений, компьютерной обработки измерительной информации, с применением средств математического моделирования и пакетов программ автоматизированного проектирования СВЧ устройств.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. разработать способ измерения отношения комплексных амплитуд волн на входе измеряемого объекта, который совмещает преимущества временных и частотных методов анализа и свободен от их недостатков;
2. разработать метод корректного анализа волновых параметров рассеяния нелинейных цепей в режиме большого сигнала;
3. разработать конструкции контактных устройств и методы исключения их влияния на результаты измерений параметров микроэлектронных компонентов.
Методы исследования.
При выполнении работы использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Результаты теоретических исследований базируются на теории СВЧ цепей, теории функций комплексного переменного, методах аппроксимации числовых рядов, методах компьютерного моделирования (включая имитационное моделирование и идентификацию параметров моделей). Выводы, полученные с помощью экспериментальных методов, основываются на статистических оценках.
Научная новизна 1. Предложены, разработаны и исследованы методы и устройства измерения комплексных коэффициентов отражения микроэлектронных компонентов, основанные на эффекте пространственно удаленной нагрузки и линейной аппроксимации измеряемых параметров в частотном окне;
2. Разработан способ измерения большесигнальных параметров рассеяния нелинейных цепей, обеспечивающий восстановление всех элементов S-матрицы в режиме возбуждения, соответствующему рабочему;
3. Разработаны и исследованы методы калибровки и идентификации параметров моделей контактных устройств и электронных компонентов, не требующие использования аттестованных калибровочных мер.
Практическая ценность Практическая ценность работы заключается в том, что предложенные в диссертации структурные схемы, методы и алгоритмы являются основой для создания новых автоматизированных систем, обеспечивающих измерение волновых параметров рассеяния электронных компонентов. Результаты проведенных исследований легли в основу разработки прикладных программ для векторного анализатора СВЧ цепей, используемых при промышленных (и опытных) испытаниях характеристик чип-резисторов и аттенюаторов для гибридных интегральных СВЧ устройств с поверхностным монтажом компонентов.
Практическое использование Работа выполнялась в соответствии с планом научной работы кафедры "Компьютерные технологии в проектировании и производстве". Результаты работы использованы при выполнении проекта РФФИ № 05-02 08075 «Исследование возможности создания интеллектуальных систем измерения и обработки сигналов» и внедрены в ОАО «НПО «ЭРКОН» для разработки, проектирования и испытаний СВЧ резисторов и аттенюаторов, а также при выполнении ОКР «Поглотитель», «Микрочип», «Пленка-НН», «Чип-П», «Резина».
Обоснованность и достоверность результатов работы.
Все положения, выносимые на защиту, прошли проверку на соответствие с теорией на модельном уровне. Адекватность предлагаемых в работе моделей подтверждается сравнением результатов теоретических и экспериментальных исследований. Основные результаты работы реализованы в рефлектометре с внутренней задержкой сигнала, контактных устройствах для измерения параметров ВЧ и СВЧ микроэлектронных компонентов в полосковых линиях передачи и программном комплексе, используемом в связке с векторным анализатором цепей E5071C фирмы Agilent Technologies.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
Международной НТК «Пассивные электронные компоненты-2008», г.Н.Новгород, 2008 г.;
XII Нижегородской сессии молодых учных «Технические науки», г.Н.Новгород, 2007 г.;
VI Международной молодежной НТК «Будущее науки», г.Н.Новгород, 2007 г.;
Международной НТК “Интеллектуальные системы (AIF’06) и интеллектуальные САПР (CAD2006)”, г. Дивноморск, 2006 г.;
XI Нижегородской сессии молодых учных Технические науки, г.Н.Новгород, 2006 г.;
V Международной молодежной НТК «Будущее технической науки», г.Н.Новгород, 2006 г.;
Международной НТК "Информационные системы и технологии" ИСТ-2006, г.Н.Новгород, 2006 г.;
IV НТК «Молоджь в науке», г. Саров, 2005 г.;
Международной НТК “Интеллектуальные системы (AIF’05) и интеллектуальные САПР (CAD2005)”, г. Дивноморск, 2005 г.;
IV Международной НТК "Физика и технические приложения волновых процессов", г.Н.Новгород, 2005 г.;
IV Международной молодежной НТК «Будущее технической науки», г.Н.Новгород, 2005 г.;
X Нижегородской сессии молодых учных «Технические науки», г.Н.Новгород, 2005 г.;
VII международной конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" АПЭП-2004, г. Новосибирск, 2004 г.;
Всероссийской НТК "Информационные системы и технологии" ИСТ-2005, г. Н.Новгород, 2005 г.;
Девятой НТК по радиофизике “Факультет – ровесник Победы”, г.Н.Новгород, 2005 г.;
III Международной НТК "Физика и технические приложения волновых процессов", г.
Волгоград, 2004 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 работы. Результаты диссертационной работы отражены в отчете по НИР.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 207 наименований и 3 приложений.
Общий объем работы – 170 страниц.
На защиту выносятся:
Метод измерения комплексных коэффициентов отражения микроэлектронных ВЧ и СВЧ компонентов, работающих в линейном режиме (метод частотного окна);
Метод измерения параметров рассеяния нелинейных цепей в режиме большого сигнала Метод калибровки и измерения параметров микроэлектронных ВЧ и СВЧ компонентов в полосковых линиях передачи, основанный на идентификации параметров схемных моделей контактного устройства и анализируемого объекта;
Метод калибровки и измерения параметров микроэлектронных ВЧ и СВЧ компонентов в полосковых линиях передачи, основанный на последовательной фильтрации пространственных гармоник.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследования, указаны научная новизна и практическая ценность результатов работы.
Первая глава посвящена обзору и критическому анализу существующих методов автоматизированного измерения волновых параметров рассеяния СВЧ устройств. Проведен сравнительный анализ различных средств измерений волновых параметров рассеяния и показана целесообразность разработки и применения многополюсных рефлектометров, построенных на ненаправленных зондах, для измерения S-параметров микроэлектронных компонентов. В главе рассмотрены традиционные модели измерений многополюсных структур, проанализированы известные методы калибровки контактных устройств и намечены пути решения задач, поставленных в диссертационной работе.
Во второй главе рассмотрены принципы построения средств измерения комплексных коэффициентов отражения линейных активных и пассивных микроэлектронных ВЧ и СВЧ компонентов, основанные на новом методе функционирования (методе «частотного окна»).
В основу метода «частотного окна» положен эффект пространственно удаленной нагрузки. Подобно системам во временной области, объект анализа и измерительный преобразователь анализатора цепей, соединяются достаточно длинным (длиной l) соединительным коаксиальным кабелем (или волноводом). Упрощенная электрическая схема измерений отношения комплексных амплитуд волн = b/a в плоскости подключения анализируемого объекта представлена на рисунке 1 (Г – генератор зондирующего сигнала). Измерительный преобразователь состоит из двух зондовых датчиков, включенных в измерительный тракт по обе стороны от аттенюатора с вносимым ослаблением порядка 8 12 дБ.
U1 U l D1 D2 ba Анализируемое Г устройство Гr Двухзондовый рефлектометр Рисунок 1 – Схема измерений двухзондовым измерительным преобразователем Информационные сигналы, выделяемые зондовыми датчиками, являются результатом суперпозиции волн, распространяющихся вдоль соединительной линии и испытывающих многократные отражения от анализируемого устройства и анализатора цепей. Амплитуды информационных сигналов U1, U2 (квадратичных детекторов) связаны с восстанавливаемой величиной следующими соотношениями:
(1) Здесь: E – амплитуда, – частота зондирующего сигнала;
l v – время задержки волны, распространяющейся с фазовой скоростью v в соединительной линии передачи длиной l;
qi – комплексные, – действительные калибровочные постоянные, i определяемые конструкцией измерительного преобразователя и соединительного коаксиального кабеля, Гr – комплексный коэффициент отражения от измерительного преобразователя.
Комплексный коэффициент отражения ( ) от объекта анализа (медленная функция частоты), восстанавливается из частотной зависимости отношения V= U2/ U на фоне быстроосцилирующей функции e-j2 при перестройке частоты зондирующего сигнала.
Метод «частотного окна» основывается на том, что для любого объекта анализа весь диапазон частот, в котором выполняются измерения, можно разбить на такие равные участки (окна) F, в пределах которых восстанавливаемая величина ( ) постоянна или ее модуль ( ) и фаза Arg[( )] являются линейными функциями частоты. Для восстановления ( ) необходимо выбрать длину l соединяющей линии, удовлетворяющую неравенству l v/(2 F).
Такое решение позволяет существенно упростить конструкцию двухзондовых измерительных преобразователей анализатора цепей, расширить диапазон рабочих частот, свести к минимуму количество калибровочных мер (короткозамкнутая и не аттестованная нагрузка) и упростить процедуру калибровки.
В главе предложен метод рефлектометра с внутренней задержкой зондирующего сигнала, являющийся естественным развитием метода «частотного окна». Объект анализа и измерительный преобразователь анализатора цепей соединяются между собой напрямую, а длинная линия передачи с дополнительным зондовым датчиком находится внутри измерительного преобразователя (рисунок 2).
Такое решение позволяет восстанавливать искомые величины на каждой частоте независимо друг от друга, а при калибровке использовать метод «частотного окна» с простейшим комплектом калибровочных мер.
U1 U2 U Рефлектометр с внутренней задержкой сигнала Анализируемое Г устройство Гr Гd { Г Рисунок 2 – Схема измерений Г рефлектометром с внутренней задержкой сигнала В работе предложены и исследованы модели рефлектометров (рисунки 1, 2).
Модели построены в среде автоматизированного проектирования «Microwave Office» компании Applied Wave Research. Реализованы алгоритмы калибровки рефлектометра с использованием встроенных в программную среду методов оптимизации.
Калибровочные процедуры основаны на определении констант i и qi по известным Vij (отношениям мощностей в информационных каналах к мощности в опорном канале рефлектометра) минимизацией целевых функций Оценка достоверности получаемого результата калибровки выполнена посредством моделирования процедуры измерения в рамках того же программного пакета и определении среднеарифметической погрешностей калибровки и измерения.
Макеты рефлектометров с внутренней задержкой сигнала, показаны на рисунке 3.
б) a) Рисунок 3 – Макеты рефлектометров с внутренней задержкой сигнала а) вариант конструкции №1 б) вариант конструкции № С помощью предложенных в диссертационной работе математических моделей выполнены калибровка рефлектометров и измерения в диапазоне частот 2 – 4 ГГц. В работе приведена оценка погрешностей восстановления коэффициента отражения от аттестованных нагрузок и аттенюаторов с ослаблением 3дБ, 6дБ, 10дБ, 20дБ.
Точность восстановления параметров отражающих мер на макетах рефлектометров сопоставима с точностью векторных анализаторов цепей ф. Agilent Technologies серии ENA.
Разработанный новый метод косвенного измерения комплексного коэффициента отражения (метод рефлектометра с внутренней задержкой сигнала) совмещает преимущества временных и частотных методов анализа. Особенность метода состоит в том, что калибровка выполняется по трм простейшим отражающим мерам (мера холостого хода, мера короткого замыкания и оконечная нагрузка) в «частотных окнах», а не на дискретных частотных точках, а в конструкции измерительных преобразователей отсутствуют дорогостоящие элементы ВЧ и СВЧ тракта (направленные ответвители, гибридные мосты, электромеханические коммутаторы), имеющие большие габариты и вес.
В третьей главе предложен метод измерения большесигнальных параметров рассеяния нелинейных цепей, обеспечивающий восстановление всех (четырех для четырехполюсника) элементов S-матрицы в режимах возбуждения, соответствующих рабочим. Метод основан на эффекте пространственно удаленной нагрузки.
Анализируемый компонент (нелинейная цепь) подключают к внешней нагрузке Zн Zв) через достаточно длинный отрезок линии передачи заданного волнового (Zн сопротивления Zв. В уравнениях, описывающих коэффициент передачи и отражения от измерительной схемы (рисунок 4) (3) появляется быстро осциллирующая волновая функция.
Суть метода состоит в том, что при удаленной нагрузке режим согласования нелинейной цепи сохраняется, при этом все ее волновые параметры рассеяния, как медленные функции частоты (в «частотных окнах»), становятся доступными к восстановлению из анализа частотных зависимостей коэффициента передачи (или преобразования частоты) и коэффициента отражения.
Рисунок 4 – Анализ нелинейного устройства методом удаленной нагрузки Каждую величину (f) или (f) как функции частоты представляют в виде 2 суммы пространственных гармоник Искомые S-параметры связанны известными соотношениями с функциями которые восстанавливается из (f) или (f) в «частотных окнах», как n(f), медленные функции частоты f по сравнению с быстро осциллирующими множителями e-j2nf, n 1, если время задержки волны, создаваемое линией передачи, достаточно велико.
На рисунке 5 на диаграмме полных сопротивлений, а также в декартовой системе координат показаны результаты модельных измерений коэффициента отражения (осциллирующие кривые) от схемы, представленной на рисунке 4, и 1(fi) коэффициента отражения S11(f) (гладкие функции) от нелинейного элемента, окруженного фильтрами– результат цифровой обработки.
Рисунок 5 – Результаты модельных измерений f на диаграмме полных сопротивлений и в декартовой системе координат Разработаны и исследованы алгоритмы многоэтапной фильтрации пространственных гармоник, использующие метод кусочно-линейной регрессии (в выбранных «частотных окнах») и позволяющие восстановить параметры объекта анализа на большом сигнале.
В работе предложена блок схема организации измерений нелинейных цепей на большом сигнале с двумя измерителями. Восстановление волновых параметров рассеяния нелинейных цепей выполняется на основе различных видов измерений по схеме, предложенной в диссертации, при малом и большом уровне мощности зондирующего сигнала в сочетании с весьма разнообразной цифровой фильтрацией данных. Особенность предлагаемого метода состоит в конструктивной простоте и отсутствии направленных ответвителей.
В работе исследованы погрешности алгоритма восстановления волновых параметров рассеяния объекта анализа. Результаты моделирования транзисторов, работающих в линейном и нелинейном режимах, подтвердили работоспособность метода. Погрешность восстановления комплексного коэффициента передачи в прямом направлении S21 и комплексного коэффициента отражения S11 от входа анализируемого объекта, при уровне зондирующего сигнала 10 дБ/мВт, не превышало 5 %. Более того, были восстановлены комплексные коэффициенты передачи в обратном направлении S12 и отражения от выхода S22. Испытания на реальных объектах не проводись.
Четвертая глава посвящена развитию методов калибровки и измерений в контактных устройствах. Предложены методы определения параметров микроэлектронных ВЧ и СВЧ компонентов (пленочных резисторов, аттенюаторов, оконечных нагрузок и т.д.), предназначенных для поверхностного монтажа в полосковые конструкции.
Особенность предлагаемых решений состоит в определении волновых параметров рассеяния микроэлектронных ВЧ и СВЧ компонентов относительно их физических границ (исключения неидеальных характеристик контактного устройства) с использованием набора не аттестованных полосковых мер.
В главе рассмотрен метод матричного вынесения, являющийся развитием известного метода Дешана. Метод позволяет определить постоянную распространения в линии передачи, а также коэффициент отражения от оконечной неоднородности (емкости холостого хода). Для калибровки используются четыре отрезка микрополосковой линии передачи с равным удлинением l и холостым ходом на конце. Отличием от известного метода является использование регрессионных моделей в «частотных окнах» (в диапазоне частот на массиве фиксированных частотных точек fi) с целью сглаживания приборных шумов.
В главе описана процедура выбора в «частотных окнах» корней квадратного уравнения относительно неизвестной величины (рисунок 6) получаемого при подключении четырех отрезков длиной l1k=l0+l(k-1), k=1,2,3,4, и измерении комплексных коэффициентов отражения jk(fi) на входе левой (j=1) и правой (j=2) цепях погрешности. Представлены результаты восстановления постоянной распространения в линии передачи, а также коэффициента отражения от оконечной неоднородности.
В работе показано, что ширина «окон» и их положение определяется через базовое удлинение l, а главным недостатком матричных методов является наличие вырожденных решений, имеющих погрешность восстановления, стремящуюся к бесконечности. Ширина зон вырожденного решения напрямую зависит от точности изготовления калибровочных мер кратной длины.
а) б) Рисунок 6 – Модуль и фаза корней квадратного уравнения x В четвертой главе описан новый альтернативный метод измерения в полосковых направляющих системах. Особенность метода состоит в том, что измеряемый электронный компонент устанавливается в разрыв длинной полосковой линии передачи (используется эффект длинной линии).
Показано, что для восстановления волновых параметров рассеяния микроэлектроного компонента достаточно всего двух измерений S-параметров контактного устройства с перемычкой и с анализируемым объектом (т.е. одно калибровочное измерение).
В работе описана многоэтапная процедура цифровой обработки результатов измерений. На одном из этапов, из результатов деления измереных коэффициентов передачи контактного устройства с объектом анализа и с перемычкой, с помощью простейших математических преобразований и процедуры фильтрации пространственных гармоник в «частотных окнах», находят S-параметры объекта анализа.
Однако предложенная методика обладает недостатком – это невозможность восстановления значения волнового сопротивления линии передачи по результатам проведенных измерений. В качестве варианта решения данной проблемы в работе предложена процедура идентификации параметров полосковых линий передачи, схемных моделей контактного устройства и измеряемых компонентов методами многопараметрической оптимизации.
Особенностью предложенной в работе методики является оптимальное использование резонансного метода и метода идентификации схемных моделей для решения поставленной задачи. Без использования специального контактного устройства определяют эффективную диэлектрическую проницаемость линии передачи, диэлектрическую проницаемость подложки (f) (как функцию частоты) и тангенс угла диэлектрических потерь.
Эти величины восстанавливаются по положению и ширине весьма острых резонансных пиков (рисунок 7) частотной зависимости модуля коэффициента отражения контактного устройства и известной длине резонирующей линии.
Штриховая линия – величина S11, измеренная векторным анализатором цепей Сплошная линия – величина S11, полученная моделированием схемной модели в САПР ВЧ и СВЧ устройств Рисунок 7 – Модуль коэффициента отражения S11 от контактного устройства со слабой емкостной связью между полосковыми линиями передачи На рисунке представлена конструкция разработанного контактного устройства и фрагмент конструкции с элементом слабой емкостной связи между линиями передачи, выступающим в роли резонаторов.
а) б) Рисунок 8 – Контактное устройство а) фото, б) фрагмент контактного устройства со слабой емкостной связью Для проведения промышленных (и опытных) испытаний микроэлетронных ВЧ и СВЧ компонентов (чип-резисторов, чип-аттенюаторов) и сопоставления точностных характеристик методов рассмотренных в четвертой главе создано универсальное, контактное устройство (рисунок 9). В представленной разработке использован ряд конструкторских решений, позволивших повысить скорость измерений (уменьшилось время на перестыковку спутников с калибровочными и измерительными платами), обеспечить универсальность по отношению к объекту измерений (значительно расщирен габаритный ряд изделий), повысить надежность и повторяемость контактных соединений при перестыковке.
Рисунок 9 – Контактное устройство и набор спутников с калибровочными мерами и измерительными платами.
Выполнена численная оценка погрешности определения S-параметров изделий для рассмотренных методов (метод матричного вынесения;
метод идентификации схемных моделей;
метод, основанный на последовательной фильтрации пространственных гармоник).
Качественная оценка эффективности рассмотренных методов состоят в следующем:
Погрешность восстановления S-параметров изделий (объектов анализа) 1.
методом многопараметрической идентификации определяются точностью схемных моделей контактного устройства и анализируемого объекта;
Основное преимущество идентификации по сравнению с методами 2.
матричного вынесения и фильтрации окнами состоит в возможности восстановления абсолютных (параметров схемных моделей), а не относительных величин (S параметров – привязанных к волновому сопротивлению полосковой линии передачи);
Использование регрессионных моделей, позволяет существенно снизить 3.
уровень случайных погрешностей за счет восстановления относительно малого числа параметров на массиве данных (получаемого для «частотного окна») весьма большой размерности.
В диссертационной работе приведены результаты испытаний образцов чип резисторов Р-17, Р1-8МП и Р1-80 производства ОАО «НПО «ЭРКОН».
Предложенные математические модели чип-резисторов и аттенюаторов могут использоваться в САПР ВЧ и СВЧ устройств.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ В результате выполнения диссертационной работы решены задачи, связанные с разработкой новых методов и средств измерения параметров линейных и нелинейных активных и пассивных микроэлектронных ВЧ и СВЧ компонентов:
• Предложен метод частотного окна и рефлектометра с внутренней задержкой сигнала для восстановления комплексного коэффициента отражения электронных компонентов, отличающиеся устойчивостью к шумам, чувствительностью к малым отражениям и простотой аппаратной реализации в широком диапазоне частот;
• Предложен метод «корректного» восстановление большесигнальных S параметров нелинейных цепей, позволяющий получать полную информацию об объекте в режиме, близком к рабочему;
• Разработаны методы измерений параметров микроэлектронных компонентов в полосковых линиях передачи, основанные на фильтрации пространственных гармоник, идентификации схемных моделей, матричном вынесении (с отражающими и проходной мерами волнового сопротивления), отличающиеся полнотой и достоверностью получаемой информации Разработаны и внедрены оригинальные конструкции контактных устройств и программное обеспечение для проведения испытаний микроэлектронных компонентов.
Автор выражает глубокую благодарность сотруднику кафедры КТПП к.т.н., доценту Петрову В.В. за помощь в разработке макета измерительного преобразователя (рефлектометра с внутренней задержкой сигнала).
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Малышев, И.Н. Измерение и идентификация параметров СВЧ транзисторов в режиме большого сигнала/ И.Н. Малышев [и др.]// Физика и технические приложения волновых процессов: тез.
докл. Междунар. науч.-тех. конф., Волгоград, 2004.- С.183.
Малышев, И.Н. Измерение и идентификация параметров СВЧ транзисторов в режиме большого сигнала/ И.Н. Малышев [и др.]// Актуальные проблемы электронного приборостроения: докл.
Междунар. конф., Новосибирск, 2004. - Т.3. – С. 75-79.
Малышев, И.Н. Метод восстановления S-параметров нелинейных полупроводниковых структур в режиме большого сигнала/ И.Н. Малышев // Информационные системы и технологии: тезисы докл. Всеросс. науч.-технич. конф., Н.Новгород, 2005. – С. 24-25.
Малышев, И.Н. Методы цифровой фильтрации при восстановлении большесигнальных S параметров нелинейных полупроводниковых структур/ И.Н.Малышев // тез. докл., Н.Новгород, 2005. – С. 173-174.
Малышев, И.Н. Метод корректного восстановления нелинейных S-параметров полупроводниковых структур в режиме большого сигнала/ И.Н.Малышев // Будущее технической науки: тез. док., Н.Новгород, 2005. - С.18.
Малышев, И.Н. Измерение и идентификация параметров СВЧ-транзисторов в режиме большого сигнала/ И.Н.Малышев [и др.]// Интеллектуальные системы (AIF’05) и интеллектуальные САПР (CAD2005): тр. Междунар. науч.-техн. конф. - М.: ФИЗМАТЛИТ. – 2005. - Т.2 – С.343-348.
Малышев, И.Н. Цифровая фильтрация пространственных гармоник в практике СВЧ измерений/ И.Н. Малышев, А.М.Кудрявцев, С.М.Никулин // Физика и технические приложения волновых процессов: докл. Междунар. науч.-тех. конф., Н.Новгород, 2005.- С.299-300.
Малышев, И.Н. Измерение и идентификация параметров нелинейных СВЧ-транзисторов и диодов/ И.Н. Малышев [и др.]// радиофизика: тр. науч. конф., Н.Новгород, 2005. - С.330-331.
Малышев, И.Н. Комплексные методы фильтрации пространственных гармоник в задаче восстановления большесигнальных S-параметров нелинейных цепей/ И.Н. Малышев, С.М.
Никулин, А.М. Кудрявцев// док. науч.-технич. конф., Саров, 2005. – С 525-527.
Малышев, И.Н. Моделирование интеллектуальной измерительной системы в Microwave Office/ И.Н.Малышев [и др.]// Информационные системы и технологии: тез. Междунар. науч.-технич.
конф., Н.Новгород, 2006. – С.52-53.
Малышев, И.Н. Моделирование зондовых детекторов в Microwave Office/ И.Н.Малышев, Ю.Р.Бляшко// Информационные системы и технологии: тез. докл. Междунар. науч.-технич.
конф., Н.Новгород, 2006. – С. 61-62.
Малышев, И.Н. Измерения и калибровка на ВЧ и СВЧ как задачи идентификации/ И.Н.Малышев// Будущее технической науки: тез. док. Междунар. науч.-технич. конф., Н.Новгород, 2006. - С.8.
Малышев, И.Н. Мир через окно/И.Н.Малышев// Будущее технической науки: тез. Междунар.
науч.-технич. конф., Новгород, 2006. - C.317.
Малышев, И.Н. Рефлектометр с внутренней задержкой сигнала/И.Н.Малышев// Технические науки: тез. докл. сессии молод. уч., Н.Новгород, 2006. – С. 160-161.
Малышев, И.Н. Интеллектуальная измерительная система ВЧ и СВЧ диапазона/ И.Н. Малышев, С.М. Никулин, А.М. Кудрявцев// Интеллектуальные системы (AIF’06) и интеллектуальные САПР (CAD2006): тр. междунар. науч.-техн. конф. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - Т.2 – С.290-297.
Малышев, И.Н. Нахождение параметров моделей СВЧ транзисторов по результатам эксперимента и компьютерного моделирования/ И.Н. Малышев, С.М. Никулин, Ю.В.Белова // Будущее науки: докл. Междунар.науч.-тех. конф., Н.Новгород, 2007. - С.23.
Малышев, И.Н. Идентификация параметров резистивных-СВЧ структур/И.Н.Малышев// Технические науки: докл. науч. сессии., Н.Новгород, 2007. – С. 103-104. – ISBN 978-5-93530-202 Малышев, И.Н. Определение параметров моделей резистивных СВЧ структур по результатам измерений/И.Н.Малышев С.М. Никулин В.Н.Уткин // Методы и устройства передачи и обработки информации – 2007. - №.9. - С.10-15. – ISBN 978-5-93530-202- Малышев, И.Н. Калибровка контактного устройства при измерении волновых параметров элементов СВЧ ИС/ И.Н.Малышев// Технические науки: тез. докл., Н.Новгород, 2008. – С. 112 113.
Малышев, И.Н. Измерение волновых параметров рассеяния элементов интегральных СВЧ структур в полосковых линиях передачи/ И.Н.Малышев С.М. Никулин В.Н.Уткин // Метрология.
-2008. - № 2 - С.32-42. – ISSN 0132-4713.
Малышев, И.Н. Методика измерения параметров пассивных электронных компонентов в полосковых трактах на СВЧ/ И.Н.Малышев С.М. Никулин В.Н.Уткин // Пассивные электронные компоненты-2008: тр. междунар. науч.-тех. конф., Н.Новгород, 2008. – С. 124-128.
Малышев, И.Н. Измерение параметров пассивных интегральных компонентов на СВЧ/ И.Н.Малышев Санкин Ю.И. С.М. Никулин В.Н.Уткин // Современные наукоемкие технологии – 2008. –№8 – С. 14-18.
Малышев, И.Н. Определение параметров схемных моделей резистивных СВЧ-структур / И.Н.Малышев С.М. Никулин В.Н.Уткин // Измерительная техника. -2008. - № 8 - С.51-55. – ISSN 0132-4713.