传输线触波原理

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1、传输线触波原理在装设传输线触波产生器之前，必须对此设备的原理做一 理论的解析，这样在装 设时才能充分掌握问题之所在，另一方面也才知道本设备所能应用的范围。一個晶圆量测、 型式(Wafer-Level)的传输线触波产生器显示在图5.1-1中，由电磁波的理论分析来看，可 分成两部分，一个是实际产生触波的传输线区段，另一部分为传送触波的传输线部分，其等 效电路经过简化后如图 5.1-2 所示，而其中电磁波在传输线中的传送速度为(2)以下对这两种电路稍做说明，之后再对整个传输触波产生器的运作原理加以说明。.2SourceDrainCurrent Probe=TLPG CottfmiBoxMini Pr

2、obeSubstrateOscif/scope圖 5.1-1圖 5.1-25.1.1 具有电阻负载的传输线在图 5.1-2 的右侧电路中，其主要功能为传送触波信号，为了使讯号不受干扰，使用同轴传 输线传送。此段回路由于负载阻抗与传输线阻抗不可能完全匹配，因而会造成电磁波的反 射，而其反射情形又因负载阻抗的大小而会造成正向或反向的反射电磁波，这是由于反射系 数是由负载电阻(Load Resistance, R)及传输线特征阻抗(Characteristic Resistance, R0)而定。反 射系数定义为(3)当负载电阻大于传输线特性阻抗时，将造成正向的反射电压，在经过 2L/u 的时间2

3、后将传送至开关处，此反射电压将进入另一端电路，因而造成由 L2 段传输线所产生2 的触波并不会在一个周期完成后马上结束，而会呈阶梯状的波形产生。以下接着讨 论 L2 传输线产生触波的原理，以了解如何控制触波的宽度(即控制模拟静电的能 量)，以及了解为何在负载电阻大于传输线特征阻抗时会有阶梯状的波形产生。5.1.2 终端开路且具初始充电的传输线在图 5.1-2 的左侧电路中，由于终端接上了高功率的反偏 Schottky 二极管，而传输线的 初始充电电压(V。)在仪器的设计中不会大于其雪崩电压，因此一开始可视为终端开路的传输 线。此段的电路分析，可参考图5.1-3。图5.1-3(a)的等效电路可用

4、图5.1-3(b)来表示，又图 5.1-3(b)可以等效于图5.1-3(c)与图5.1-3(d)的相加。其中图5.1-3(c)之电路不会有暂态行为， 因此这电路的电磁波暂态行为主要由图5.1-3(d)所决定。在继电器开关开启后，会有一负电 压入射波进入L1传输线，而与原先初始充电电波作叠加(Superposition)，而使得电压在L2 传输线上成为此电压波以 u 的速度向两侧入射，当经 t = T1=L1/u 的时间后到达终端，而由于终 端为开路，反射系数为 1，因此会再产生一负电压电磁波反射回开关处，再做叠加 的结果剩下，(5)的电压值。基本上在开关另一端的输入阻抗约为R。，因此这时的电压

5、值约为0，其 电压/电流波形如图5.1-3(e)及图5.1-3(f)所示。讨论至此，可看出主要的触波产 生的时间为2T1，即触波的脉冲宽度为2Li/u。所以，可用不同长度的L传输线产生 不同脉冲宽度的触波。然而，若看整个晶圆测量形式的传输线触波产生器时，就必 须考虑另一端的反射波所造成的影响，以下讨论整个传输线触波产生器的运作原理 。5.1.3 传输线触波产生器的基本原理由上两小节的讨论中得知，在继电器开关开启后，是以 一个如方程式(4)的电压向两侧 传送，在右侧电路(L2传输线)所造之反射波是影响触波的主要因素，当右侧反射波进入左侧 L传输线后，若为负向反射波，则传送至L左侧终端时，会造成Schottky二极管正偏，此 时只要终端电阻与L1传输线有匹配，将形成零反射，而终止反射波，其波形变化可参考图 5.1-4。但右侧反射波若为正向反射波時，其到达L1終端时，此反射波依然会再一次的反射 回来，从反射至开关处算起，所经历的时间依然为 2T1 ，所以此触波产生器所形成的波型 为阶梯状的波形。， (4) 因此欲得到较完整的方形触波的条件为：1、L2 越短越好2、待测元件之负载阻抗需小于传输线特征阻抗 而要产生完整方形触波的原因，是因为在量测时，二次崩电流的量测不易判断，若有较完整的方形触波，有助于量测上的精确判读。原理了解清楚后，接着便着手进 行传输线触波产生器的组装。图 5.1-4