基于频率梳的宽带多路介电常数测量系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于频率梳的宽带多路介电常数测量系统，测通过频率梳电路生成频率梳信号；第一N路宽带射频开关与第二N路宽带射频开关连接形成N条通路；每条通路上串联设置一个敏感元件单元，用于盛放待测元件；偏置电路模块用于控制N条通路之间的切换，以使频率梳信号由不同的通路并经过该通路的敏感元件单元后输出；信号处理单元，用于接收经过不同的敏感元件单元后输出的频率梳信号，并对该频率梳信号进行快速傅里叶变换处理，以得到待测元件的介电常数。与现有技术相比，本发明专利技术的基于频率梳的宽带多路介电常数测量系统检测效率高、灵敏度和测量精度高、结构简单成本低，且可靠性好。可靠性好。可靠性好。

【技术实现步骤摘要】
基于频率梳的宽带多路介电常数测量系统


[0001]本专利技术涉及智能检测
，尤其涉及一种基于频率梳的宽带多路介电常数测量系统。

技术介绍

[0002]随着半导体制程从um到nm的不断缩小，晶体管数量越来越多，电路器件截止频率也不断升高，芯片以及其模组从而得到了快速发展，与此同时，对半导体材料的性能要求也越来约高，其中用于描述外部电场和电介质相互作用的介电常数需要格外的关注。在电路设计中，精确的材料属性对于仿真到实测整个环节都具有很重要的指导意义，介电常数细微的变化都会对器件的功能产生十分严重的影响，没有材料精确的介电常数值，就无法设计出符合技术指标的器件。
[0003]现阶段的相关技术中，对于介电常数的测量大多是基于矢量网络分析仪，但其昂贵的价格限制了这类传感器的应用。随着技术发展，相关技术提出了多种基于干涉结构的介电常数传感器系统，该系统主要是通过传输线法与干涉测量法相结合，将复杂的S参数测量问题转化为测量直流问题，简化了测量系统，但测量效率低，电路复杂度高，对电路的对称性要求高，随着频率的变化，宽带较大时容易失效，可靠性差。

技术实现思路

[0004]针对以上相关技术的不足，本专利技术提出一种基于频率梳的宽带多路介电常数测量系统，其检测效率高、灵敏度和测量精度高、结构简单成本低，且可靠性好。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种基于频率梳的宽带多路介电常数测量系统，包括：
[0006]直接数字式频率合成模块，用于产生一个单频点信号；
[0007]功率放大器，所述功率放大器的输出入连接至所述直接数字式频率合成模块的输出端，用于将所述单频点信号放大；
[0008]频率梳电路，所述频率梳电路的输入端连接至所述功率放大器的输出端，用于将放大后的所述单频点信号生成频率梳信号；
[0009]第一N路宽带射频开关，所述第一N路宽带射频开关的控制端连接至所述频率梳电路的输出端，其中，N为大于或等于2的正整数；
[0010]第二N路宽带射频开关，所述第二N路宽带射频开关的输出端与所述第一N路宽带射频开关的输出端连接形成N条通路；
[0011]敏感元件单元，所述敏感元件单元包括N个且尺寸不同，每条通路上串联设置一个所述敏感元件单元，用于盛放待测元件；
[0012]偏置电路模块，所述偏置电路模块分别与所述第一N路宽带射频开关的控制端和所述第二N路宽带射频开关的控制端连接，用于控制 N条通路之间的切换，以使频率梳信号由不同的通路并经过该通路的所述敏感元件单元后输出；以及，
[0013]信号处理单元，所述信号处理单元的输入端连接至所述第二N路宽带射频开关的控制端，用于接收经过不同的所述敏感元件单元后输出的频率梳信号，并对该频率梳信号进行快速傅里叶变换处理，以得到待测元件的介电常数。
[0014]优选的，所述频率梳电路包括隔直电容、输入匹配电路单元、低通匹配电路单元、谐调电路单元以及二极管；
[0015]所述隔直电容的第一端作为所述频率梳电路的输入端；
[0016]所述输入匹配电路单元包括扼流线圈、旁路电容和电阻；所述扼流线圈的第一端连接至所述隔直电容的第二端，所述扼流线圈的第二端经串联的所述电阻后连接至接地；所述旁路电容与所述电阻并联；
[0017]所述低通匹配电路单元包括第一电容和第一电感；所述第一电容的第一端连接至所述隔直电容的第二端，所述第一电容的第二端连接至接地；所述第一电感的第一端连接至所述隔直电容的第二端；
[0018]所述谐调电路单元包括调谐电容和储能电感；所述调谐电容的第一端连接至所述第一电感的第二端，所述调谐电容的第二端连接至接地，所述储能电感的第一端连接至所述第一电感的第二端；
[0019]所述二极管的正极端连接至接地，所述二极管的负极端连接至所述储能电感的第二端，并作为所述频率梳电路的输出端。
[0020]优选的，所述敏感元件单元包括高频介质板、贴合于所述高频介质板上的特征阻抗为50Ω微带线、以及设置于所述微带线中轴线位置的用于盛放待测元件的样品容器。
[0021]优选的，所述样品容器为聚二甲基硅氧烷制成。
[0022]优选的，信号处理单元包括高速示波器和与所述高速示波器通讯连接的计算机；
[0023]所述高速示波器的输入端连接至所述第二N路宽带射频开关的控制端，用于接收经过不同的所述敏感元件单元后输出的频率梳信号，并转化为对应的波形图数据；
[0024]所述计算机用于接收所述波形图数据并通过快速傅里叶变换分析，以获得放置于所述敏感元件单元的所述待测元件所引起的幅度和相位变化量，从而拟合出所述待测元件的介电常数。
[0025]优选的，所述功率放大器的型号为ADPA1105 40W GaN。
[0026]优选的，所述第一N路宽带射频开关和所述第二N路宽带射频开关均为型号为ADRF5042的非反射式SP4T开关芯片。
[0027]优选的，所述二级管为MP4023阶跃恢复二极管。
[0028]优选的，N＝3。
[0029]优选的，所述高速示波器的输入端通过同轴电缆连接至所述第二 N路宽带射频开关的控制端。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的基于频率梳的宽带多路介电常数测量系统中，利用两个N路宽带射频开关形成N路通路，每条通路上串联设置一个尺寸大小不同的敏感元件单元，用于盛放待测元件，通过设置频率梳电路作为信号源生成一个频率梳信号，偏置电路模控制N条通路之间的切换，以使频率梳信号由不同的通路并经过该通路的所述敏感元件单元后输出，再由信号处理单元接收经过不同的所述敏感元件单元后输出的频率梳信号，并对该频率梳信号进行快速傅里叶变换处理，利用频率梳信号宽带的特性，可以获得待测元
件所引起的S21 幅度和相位的变化量，从而拟合出介电常数。因信号源输出为频率梳信号，避免了使用扫频源，不仅结构简单成本低，且检测效率更高；通过N路宽带射频开关切换敏感元件单元，提升了整体测量系统的灵敏度，改善了测量精度，同时避免了干涉型传感器测量系统不对称造成的误差，有效提高了测量准确度；将测量S参数等复杂的问题转化为测量信号的幅频特性，简化了结构，有效降低了成本。
附图说明
[0031]下面结合附图详细说明本专利技术。通过结合以下附图所作的详细描述，本专利技术的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：
[0032]图1为相关技术中的干涉型介电常数传感器测量系统结构框图；
[0033]图2本专利技术实施例提供的基于频率梳的宽带多路介电常数测量系统的电路结构示意框图；
[0034]图3为图2中频率梳信号生成电路的电路图；
[0035]图4为本专利技术实施例提供的基于频率梳的宽带多路介电常数测量系统使用时的谐波平衡仿真频率梳信号示意图；
[0036]图5为本专利技术实施例提供的基于频率梳的宽带多路介电常数测量系统中的敏感元件电路结构图；
[0037]图6为本专利技术实施例提供的基于频本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于频率梳的宽带多路介电常数测量系统，其特征在于，所述基于频率梳的宽带多路介电常数测量系统包括：直接数字式频率合成模块，用于产生一个单频点信号；功率放大器，所述功率放大器的输出入连接至所述直接数字式频率合成模块的输出端，用于将所述单频点信号放大；频率梳电路，所述频率梳电路的输入端连接至所述功率放大器的输出端，用于将放大后的所述单频点信号生成频率梳信号；第一N路宽带射频开关，所述第一N路宽带射频开关的控制端连接至所述频率梳电路的输出端，其中，N为大于或等于2的正整数；第二N路宽带射频开关，所述第二N路宽带射频开关的输出端与所述第一N路宽带射频开关的输出端连接形成N条通路；敏感元件单元，所述敏感元件单元包括N个且尺寸不同，每条通路上串联设置一个所述敏感元件单元，用于盛放待测元件；偏置电路模块，所述偏置电路模块分别与所述第一N路宽带射频开关的控制端和所述第二N路宽带射频开关的控制端连接，用于控制N条通路之间的切换，以使频率梳信号由不同的通路并经过该通路的所述敏感元件单元后输出；以及，信号处理单元，所述信号处理单元的输入端连接至所述第二N路宽带射频开关的控制端，用于接收经过不同的所述敏感元件单元后输出的频率梳信号，并对该频率梳信号进行快速傅里叶变换处理，以得到待测元件的介电常数。2.根据权利要求1所述的基于频率梳的宽带多路介电常数测量系统，其特征在于，所述频率梳电路包括隔直电容、输入匹配电路单元、低通匹配电路单元、谐调电路单元以及二极管；所述隔直电容的第一端作为所述频率梳电路的输入端；所述输入匹配电路单元包括扼流线圈、旁路电容和电阻；所述扼流线圈的第一端连接至所述隔直电容的第二端，所述扼流线圈的第二端经串联的所述电阻后连接至接地；所述旁路电容与所述电阻并联；所述低通匹配电路单元包括第一电容和第一电感；所述第一电容的第一端连接至所述隔直电容的第二端，所述第一电容的第二端连接至接地；所述第一电感的第一端连接至所述隔直电容的第二端；所述谐调电路单元包括调谐电容和...

【专利技术属性】
技术研发人员：史哲，张莽，石昊云，郭嘉帅，
申请(专利权)人：深圳飞骧科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：