基于VEE的MEMS滤波器在片测试系统

马杰+孙天玲+杨志虎+张力江+崔玉兴

摘要：MEMS滤波器具有小型化、低插损、高带外抑制等优点，是微波通信系统研究的重要方向之一。随着MEMS滤波器需求量的不断增加，传统的手动测试筛选方式已经不能满足多通道组件装配的需求。本文采用 Agilent VEE作为软件开发平台，设计了一种 MEMS滤波器自动测试系统。该系统实现了滤波器在片微波测试和数据自动存储，能够满足大规模测试的要求。

关键词：Agilent VEE；MEMS滤波器；在片测试系统

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）05-0124-02

MEMS Filter On Wafer Test System Based on VEE

Ma Jie， Sun Tianling， Yang Zhihu， Zhang Lijiang， Cui Yuxing

（The 13th Institute， CETC， Shijiazhuang 050051， China）

Abstract：The MEMS filter has good quality in miniaturization， low insertion loss and high band rejection， which is one of the important directions in the research of microwave communication system. As the increasing demand of MEMS filter， the traditional manual testing already can't meet the requirements of multi-channel module assembly. This letter justly introduces a way to realize MEMS Filter automatic test system based on Agilent VEE software platform. This system solves the on wafer microwave test， automatic data storage， and has a good prospect in large-scale MEMS filter test.

Key Words：Agilent VEE； MEMS filter； on wafer test system

濾波器在信号传输链路中起着频率选择作用，是微波通信系统中必不可少的组成部分。随着单片微波集成电路（MMIC）的发展，传统滤波器已经无法满足射频微波组件小型化的要求。MEMS滤波器不仅具有低的插入损耗、高的Q值和良好的带外抑制，而且在体积和可集成性上具有明显的优势，是微波选频元件的热门研究方向[1-3]。

MEMS滤波器在使用前需要进行测试筛选，判断其指标是否满足要求。传统筛选方法采用手动测试和记录数据，测试效率低，无法满足大批量产品的供货要求。本文正是基于此开展研究，通过VEE程序实现探针台控制、S参数提取计算和测试数据存储。测试过程完全自动化，生成数据实时显示，并自动保存到相应的文件夹。

1 测试系统的组成

测试系统由探针台、测试仪器和控制电脑三部分组成，采用GPIB接口进行通信。在测试过程中，通过Agilent VEE程序对系统各组成部分进行控制和数据交换，计算滤波器参数，最后以s2p和Excel格式进行数据存储。

1.1 硬件部分

测试系统采用GPIB总线进行通信控制[4]，按照图1方式进行连接，实现硬件控制和数据采集功能，图中粗实线表示微波通路，虚线表示GPIB控制通路。测试系统中矢量网络分析仪提供射频信号激励和S参数测量，微波探针台进行移动控制和压针，测试计算机用于系统控制、数据交换和存储。

1.2 软件部分

1.2.1 软件平台

Agilent VEE与NI LabVIEW 是目前两大主流的虚拟仪器编程开发平台[5-6]。Agilent VEE与本系统采用的矢量网络分析仪具有良好的兼容性，同时在EXCEL程序调用方面具有明显的优势，因此本测试系统采用VEE作为软件支撑平台。

1.2.2 测试流程

MEMS滤波器测试流程如图2所示，由移动压针、S参数测试、参数计算和数据存储四个步骤组成，数据存储步骤包括S参数存储和滤波器参数汇总数据存储。每个测试步骤可以分解为若干测试动作，每个测试动作对应的控制命令在时序上进行组合，即可实现整个测试流程。

（1）探针台移动。自动测试与手动测试的根本区别在于探针台移动和压针方式。本系统使用的半自动探针台可以通过VEE程序控制，按照测试Map逐个芯片移动和压针。

（2）S参数测试。MEMS滤波器小信号S参数通过矢量网络分析仪测量，测量前需要使用校准件进行系统校准。相比传统的SLOT校准方式，本系统采用LRRM方式进行校准可以有效消除微波探针更换对测试结果的影响[7]。

系统校准验证完成后，即可通过VEE程序发送控制命令，完成矢量网络分析仪测量起始频率、频率步进、信号电平和中频带宽等设置。测试过程中，待探针台完成压针操作，程序立即触发矢量网络分析仪开始测量，即可获取MEMS滤波器的小信号S参数[8]。

（3）滤波器参数计算。MEMS带通滤波器的关键参数主要有中心频率f0、通带宽度BW、插入损耗IL、回波损耗RL、带内驻波VSWR和带外抑制等。以1dB带宽为例，以上参数计算步骤如下：

搜索S21数列中的最大数值，即插入损耗最小值；在中心频率f0对应S21数值减去1dB为目标值，在中心频率f0两侧找到目标值对应的频率f1和f2。f1和f2的平均值即为中心频率f0，差值f2-f1即为滤波器的1dB带宽BW1dB；endprint

指定通带外频率点或范围对应的S21，即滤波器为带外抑制。滤波器回波损耗RL是S11的相反数，反射系数Г和带内驻波VSWR可以由S11计算获得，具体计算公式如下：

（1）

VSWR=（1+Г）/（1-Г） （2）

以上运算过程均可以通过VEE程序公式编辑直接实现，运算数据实时输出到程序界面，并同步保存到数据存储文件。

1.2.3 测试数据存储

测试数据存储包含小信号S参数存储和滤波器参数汇总数据存储。小信号S参数通过矢量网络分析仪测量，然后由测试程序命名并以s2p格式存储到对应文件夹。MEMS滤波器参数由小信号S参数计算生成，连同圆片信息和测试点坐标等数据按行在指定Excel中存储，最后生成汇总文件。

2 测试结果

使用某型号MEMS 滤波器进行在片测试并与划片后手动测试结果进行对比，表1为对比测试数据。可以看出滤波器各项性能指标的误差均在1.5%以内。两者测试过程均采用相同型号的矢量网络分析仪和微波探针。

3 结语

基于VEE的MEMS滤波器在片测试系统能够大幅提升测试效率，可以满足大批量测试的要求，已应用与实际芯片筛选中。根据在片测试数据及坐标可以重构出各个参数的片内分布，极大的方便了数据查阅、工艺监测和问题分析。

参考文献

[1]X.L. Guo，C.W. Sun，Z.H. Bao，C. Xu，G. Zhang，Z.L. Wang，H.H. Yin，X.F. Zhang，H. Jiang. Tunable Low-pass Ka-band MEMS Filter Based on Electromagnetic-Bandgap Structure[J]. Sensors & Actuators： A. Physical，2016.

[2]Michael Farnsworth，Ashutosh Tiwari，Meiling Zhu. Multi-level and multi-objective design optimisation of a MEMS bandpass filter[J]. Applied Soft Computing，2016.

[3]陈熙，李丰，马文涛，李宏军.基于硅MEMS腔体技术的微波带通滤波器[J].微纳电子技术，2015，（05）：299-303.

[4]何宏，张金洲，张志宏.基于GPIB接口数据采集系统的设计[J].天津理工大学学报，2014，（01）：30-33.

[5]曹赞，欧阳思华，李艳奎，刘新宇.基于Agilent VEE的LCR自动测试系统[J]电子测量技术，2010，（06）：92-94.

[6]武健，池慧勇，傅平.基于LabVIEW的SAW滤波器测试系统[J].仪表技术与传感器，2016，（06）：37-39.

[7]全凌云.矢量网络分析仪校准方法研究[J].電子质量，2010，（03）：61-63.

[8]VEE Pro Advanced Techniques. Agilent 产品手册[Z].2010.endprint