DIE电容的测量
本文介绍几种使用VNA两端口测试方法测量DIE上电容。
分别测量如下三种情况下的DIE电容：
1）在DIE的bump位置观测；
2）在pkg的ball的一个pair位置观测；
3）在pkg的ball的两个pair位置观测
第一种测试结构如下：
其中VNA校准到微探头的探针位置，探针位置不能准确校准的位置使用50ohm、1ps传输线代替。
VNA测试从300KHz到3GHz，测试S21，通过以下公式转化为阻抗参数：
使用RLC电路搭建仿真模型，结果对比如下：
但是需要注意，在测试时，根据DIE位置的RLC网络参数分布，两个端口距离越远，S21(或者转移阻抗)会减小，因此计算出来的阻抗也越低，但是是不准确的，因此，两个port不能离太远；但是也不能太近，太近则会有磁场互相串扰，产生互感，因此需要适当权衡。
这种现象在PCB上测试时，会更明显。
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插播一下：
参考论文[Larry D Smith_2011 DesignCon - On Die Capacitance Measurements in the Frequency and Time Domains]
其中对于两个端口的距离进行了实测研究，测试示意图如下：
测试结果如下：
推荐的测试端口位置如下：
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下面接着看一下在ball位置测量阻抗的结构，如下：
第一种测试方法，pkg的ball和via电感都被算到DUT阻抗里了；
第二种测试方法，pkg中的一部分(从pkg的plane开始，两个探测点第一次接触)，算入DUT阻抗中；
因此，第二种更准确。
做了一个仿真对比：
红色曲线为不带夹具传输线模型时，DUT的阻抗，粉色为带传输线模型时的DUT阻抗曲线，蓝色为两个port在同一个位置而引入了一部分电感或者传输线在DUT中时的阻抗曲线；
可以明确确认将其他部分串联进DUT时，电感会直接影响DUT阻抗(两个port在同一位置测试时)，而两个port在两个位置时，则只会在高频部分影响测试精度，而不会将每个port部分的独立电感串入DUT中；
对于这两种测试结构的测试结果如下：
用RLC电路仿真阻抗，与两个port在同一位置的测试阻抗曲线对比如下：
将其分解为R和L，如下：
可以看到，夹具在这里的影响比较小，有一些影响是来自DIE的结构。
第二种测试结果如下：
无论哪种方法，低频阻抗都是取决于DIE电容，自谐振频点取决于DIE电容和等效电感，两个port在同一ball位置时，等效电感为0.28nH，两个port在两个ball位置时，等效电感为0.12nH；
这个0.16nH的差别主要是pkg的ball、via、以及plane的电感；
将阻抗参数分解为R和L参数如下：
电感参数仿测结果基本一致，且并不随频率变化；
电阻的测试值表现出了随频率的变化，与仿真结果不同，说明此处并非夹具引起的，而是DIE结构的低电感、高电阻特性引起的；
在100MHz范围内，典型的DIE电容和pkg电感的并联谐振点会出现，此时环路中的ESR主要是来自pkg的小电阻；在高于500MHz时，ESR主要来自于DIE上分布的电阻(比pkg上的大)；
在DIE位置观测的高于1GHz的阻抗只能在3D模型中提取才准确，包括DIE上的大电阻、小电感，与pkg上的小电阻、大电感的并联电路。
