对于工程师来说，对采用新型的差分和四端口射频设计架构的高速半导体器件的需求日益增长。目前，四端口架构在高速无线产品中已经很流行。

    对于四端口设计的射频测量来说，必须在四个端口上，而不是通常的两个端口上对射频测试系统进行验证和校准。但是，增加了两个端口的效果可不是将两个两端口加起来那么简单，而所带来的复杂性和产生的问题呈指数增加。进一步说，直到今天，先进的“宽容限探测(probing-tolerant)”四端口校准技术都还没有研发出来。

    本文将讨论如何解决四端口器件测量中出现的复杂问题，以及如何确保射频测量系统的精度、可靠性和可重复性。

    简介

    从两端口网络测量升级到四端口网络测量对工程师提出了很多挑战。例如，有人可能会问，“我的两端口VNA校准能够直接用于四端口设计吗？”答案很明确：根本不行！而且，还会出现一些与四端口校准所用的双信号晶片探测和阻抗标准相关的其他一些问题。

    四端口器件测量所产生的独特问题主要包括：

    1. 探头位置的不正确所引起的测量误差；

    2. 校准单元的电知识不完整；

    3. 缺乏先进的可用于四端口校准的VNA；

    4. 对非理想的四端口校准架构的敏感度问题；

    5. 双信号探头的高串扰问题。

    基于探头探测的四端口器件的测量本身也存在一些真正的挑战。校准标准中探头位置的变化将会引起其电特性偏离所定义的标准参数。当这些探头位置相互移动时，也会引入校准误差。通常，还没有各种标准的不同电定义。随着端口数的不断增加(就像目前的四端口)，需要对更多的标准进行测量。在最坏的情况下，所需测量的标准数可能正比于N2（N为网络的端口数量）。

    图1：传统探头与双信号低阻探头之间的性能比较。

    一种四端口射频晶片级测量解决方案

    一个成功的四端口射频测量的完整解决方案包括：一个带有用于增强导引的数字成像系统的晶片探测器，低串扰双信号探头，双阻抗标准基片(ISS)，相位稳定电缆和带有为四端口优化的先进校准算法的专用校准和测量软件。

    该方案的特点为：

    1. 具有自动级差的固定探头定位；

    2. 对标准的探头误差具有低敏感度；

    3. 所需的标准和定义数最少；

    4. 能够容忍非理想的标准；

    5. 射频双信号探头的串扰低；

    6. 先进的四端口校准方法。

    在四端口晶片上实现差分测量

    四端口测量的首要挑战是能够确保精确的、可重复的校准和验证结果的正确系统设置。当构建一个四端口测试系统时，每个分量都应该单独考虑。

    矢量网络分析仪

    对于固定模式和差分测量来说，目前的四端口VNA采用多路两端口校准（每个端口上接短路-开路负载）。这就需要每个单端口进行一遍的激励。VNA用算术方法将单模式数据转换成混合模式。这是的主要限制在于被测器件必须是线性的，以便用于混合模式中各项的精确计算。

    双差分探头

    四端口测试需要双探头或差分探头。尽管双探头技术不是新技术，确是目前在多端口分析和校准技术中实用的测试技术。对于更精密的差分测量，则需要具有信号间低串扰的探头。

    图2：混合校准（LRRM-SOLR）与SOLT校准两种方案中插入损耗的交叉传输线比较。