Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kalibriersubstrat mit wenigstens einem Kalibrierstandard, welches wenigstens zwei elektrische Anschlussstellen für jeweils ein Messtor eines Vektornetzwerkanalysators aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektronische Schaltung mit wenigstens einem in die elektronische Schaltung eingebettetem elektrischen Messobjekt (DUT - Device LJnder lest), welches elektrische Kontaktstellen aufweist, die mit der elektronischen Schaltung elektrisch verbunden sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Messanordnung mit dem Kalibriersubstrat und der elektronischen Schaltung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bestimmen von Streuparametern eines elektrischen Messobjektes (DUT - Device LJnder Test), welches ein oder mehrere elektronische Bauteile umfasst, die elektrisch miteinander verschaltet sind, mit einem Vektornetzwerkanalysator, wobei das elektrische Messobjekt in einer elektronischen Schaltung eingebettet ist, wobei wenigstens ein, insbesondere zwei Tore des Vektornetzwerkanalysators mit einem Kalibriersubstrat, welches wenigstens einen Kalibrierstandard aufweist, elektrisch verbunden werden und der Vektornetzwerkanalysator kalibriert wird, wobei anschließend das Kalibriersubstrat vom Vektometzwerkanalysator getrennt wird und das wenigstens eine Tor mit einer elektrischen Kontaktstelle der elektronischen Schaltung elektrisch verbunden wird.

Bei der Entwicklung beispielsweise von komplexen planaren Mikrowellenschaltungen, welche aus mehreren Unterschaltkreisen aufgebaut sind, ist es nützlich, die Streuparameter für jeden Unterschaltkreis oder ggf. für einzelne elektronische Bauteile separat zu bestimmen. Hierdurch kann die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Unterschaltkreise bzw. elektronische Bauteile individuell analysiert und überprüft werden.

Die Bestimmung der Streuparameter eines elektrischen Messobjektes (DUT - Device Under Test) erfolgt mit einem Vektometzwerkanalysator (VNA). Der Nachteil der Vektornetzwerkanalyse ist, dass eine zerstörungsfreie Messung von eingebetteten Messobjekten (DUT) nur mit sehr großem Aufwand durchgeführt werden kann, da für jede Messung eines eingebetteten DUTs die elektrische Peripherie während der Kalibrierung mit berücksichtigt werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kalibriersubstrat, eine elektronische Schaltung und eine Messanordnung der o.g. Art hinsichtlich der Bestimmung von Streuparametern eines elektrischen Messobjektes, welches in einer elektronischen Schaltung eingebettet ist, zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kalibriersubstrat der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen, durch eine elektronische Schaltung der o.g. Art mit den in Anspruch 6 gekennzeichneten Merkmalen und durch eine Messanordnung der o.g. Art mit den in Anspruch 100 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Bei einem Kalibriersubstrat der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens eine elektrische Anschlussstelle von wenigstens einem Kalibrierstandard mit einem Schalter ausgebildet ist, wobei der Schalter einen ersten elektrischen Kontakt, welcher mit einer elektrischen Anschlussstelle des Kalibrierstandards elektrisch verbunden ist, einen zweiten elektrischen Kontakt, welcher zum elektrischen Verbinden mit einem Messtor des Vektornetzwerkanalysators ausgebildet ist, und einen dritten elektrischen Kontakt, aufweist, wobei der Schalter derart ausgebildet ist, dass bei freiem, elektrisch mit nichts verbundenem zweiten elektrischen Kontakt der Schalter eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dritten elektrischen Kontakt herstellt, wobei eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten und ersten elektrischen Kontakt sowie zwischen dem zweiten und dritten elektrischen Kontakt getrennt ist, und dass bei mit einem Messtor des Vektornetzwerkanalysators elektrisch verbundenen zweiten elektrischen Kontakt der Schalter die elektrische Verbindung zwischen dem dritten und dem ersten Kontakt trennt und eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Kontakt herstellt, wobei eine elektrische Verbindung zwischen dem dritten elektrischen Kontakt einerseits und dem zweiten elektrischen Kontakt andererseits getrennt ist.

Dies hat den Vorteil, dass auf einem Kalibriersubstrat mehrere Kalibrierstandards ausgebildet sein können, wobei die Messtore des Vektornetzwerkanalysators immer mit genau einem Kalibrierstandard verbunden werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kalibriersubstrat als Leiterplatte, gedruckte Schaltungsplatine oder Wafer und der Kalibrierstandard mit dem wenigstens einen Schalter als integrierte Schaltung auf der Leiterplatte, der gedruckten Schaltungsplatine oder dem Wafer ausgebildet.

Zum HF-technischen Abschließen des dritten elektrischen Kontaktes mit einem vorbestimmten Wellenwiderstand, ist der dritte elektrische Kontakt des Schalters in einer bevorzugten Ausführungsform mit einem HF-Abschlusswiderstand oder einem Leistungsübergang elektrisch verbunden. Zweckmäßigerweise ist der Schalter derart ausgebildet, dass die Umschaltung der elektrischen Verbindungen bei Anschluss des zweiten Kontaktes an das bzw. Trennung des zweiten Kontaktes von dem Messtor des Vektometzwerkanalysators elektrisch, mechanisch oder optisch erfolgt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schalter derart ausgebildet, dass die Umschaltung der elektrischen Verbindungen bei Anschluss des zweiten Kontaktes an das bzw. Trennung des zweiten Kontaktes von dem Messtor des Vektometzwerkanalysators durch Anlegen einer vorbestimmten elektrischen Spannung erfolgt.

Bei einer elektronischen Schaltung der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens eine elektrische Kontaktstelle von wenigstens einem elektrischen Messobjekt mit einem Schalter ausgebildet ist, wobei der Schalter einen ersten elektrischen Kontakt, welcher mit einer elektrischen Kontaktstelle des elektrischen Messobjekts elektrisch verbunden ist, einen zweiten elektrischen Kontakt, welcher zum elektrischen Verbinden mit einem Messtor eines Vektometzwerkanalysators ausgebildet ist, und einen dritten elektrischen Kontakt, welcher mit der elektronischen Schaltung elektrisch verbunden ist, aufweist, wobei der Schalter derart ausgebildet ist, dass bei freiem, elektrisch mit nichts verbundenem zweiten elektrischen Kontakt der Schalter eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dritten elektrischen Kontakt herstellt, wobei eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten elektrischen Kontakt einerseits und dem ersten sowie dritten elektrischen Kontakt andererseits getrennt ist, und dass bei mit einem Messtor des Vektometzwerkanalysators elektrisch verbundenen zweiten elektrischen Kontakt der Schalter die elektrische Verbindung zwischen dem dritten und dem ersten Kontakt trennt und eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Kontakt herstellt, wobei eine elektrische Verbindung zwischen dem dritten elektrischen Kontakt einerseits und dem zweiten elektrischen Kontakt andererseits getrennt ist. Dies hat den Vorteil, dass mit der Vektornetzwerkanalysators an das in die elektronische Schaltung eingebettete elektrische Messobjekt direkt und ohne elektrischen Kontakt zur elektronischen Schaltung und ohne das elektrische Messobjekt aus der elektronischen Schaltung mechanisch lösen zu müssen elektrisch angeschlossen werden kann, so dass die Streuparameter des elektrischen Messobjekts unabhängig von den elektrischen Eigenschaften der restlichen elektronischen Schaltung bestimmt werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die elektronische Schaltung, das wenigstens eine elektrische Messobjekt und der wenigstens eine Schalter als integrierte Schaltung auf einer Leiterplatte, einer gedruckten Schaltungsplatine oder einem Wafer ausgebildet.

Zweckmäßigerweise ist der Schalter derart ausgebildet, dass die Umschaltung der elektrischen Verbindungen bei Anschluss des zweiten Kontaktes an das bzw. Trennung des zweiten Kontaktes von dem Messtor des Vektornetzwerkanalysators elektrisch, mechanisch oder optisch erfolgt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schalter derart ausgebildet, dass die Umschaltung der elektrischen Verbindungen bei Anschluss des zweiten Kontaktes an das bzw. Trennung des zweiten Kontaktes von dem Messtor des Vektornetzwerkanalysators durch Anlegen einer vorbestimmten elektrischen Spannung erfolgt.

Bei einer Messanordnung der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schalter des Kalibriersubstrates und die Schalter der elektronischen Schaltung, die jeweils demselben Tor des Vektornetzwerkanalysators zugeordnet sind, identische elektrische Eigenschaften aufweisen.

Dies hat den Vorteil, dass der Kalibrieraufwand minimiert ist, da alle elektrischen Messobjekte einer Schaltung unter Verwendung von nur einem Kalibriersubstrat charakterisiert werden können. Es ergeben sich eindeutige Messergebnisse, da die Schalter bzw. deren elektrische Eigenschaften auch bei der Kalibrierung des Vektornetzwerkanalysators berücksichtigt sind.

Zweckmäßigerweise weisen alle Schalter des Kalibriersubstrates und der elektronischen Schaltung identische elektrische Eigenschaften auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Schalter mit identischen elektrischen Eigenschaften auch identische mechanische Eigenschaften auf. Insbesondere sind die die Schalter mit identischen elektrischen Eigenschaften identisch ausgebildet sind.

In besonders bevorzugter Weise sind die elektronische Schaltung und das Kalibriersubstrat auf derselben Leiterplatte, derselben gedruckten Schaltungsplatine oder demselben Wafer ausgebildet.

Bei einem Verfahren der o.g. Art ist das wenigstens eine Tor des Vektornetzwerkanalysators über jeweils wenigstens einen in dem Kalibriersubstrat integrierten Schalter mit dem Kalibriersubstrat elektrisch verbunden und das wenigstens eine Tor des Vektornetzwerkanalysators über jeweils wenigstens einen in der elektronischen Schaltung integrierten Schalter mit der elektronischen Schaltung elektrisch verbunden, wobei der wenigstens eine in dem Kalibriersubstrat integrierte Schalter sowie der wenigstens eine in der elektronischen Schaltung integrierte Schalter, die jeweils demselben Tor des Vektornetzwerkanalysators zugeordnet sind, identische elektrische Eigenschaften aufweisen.

Dies hat den Vorteil, dass der Kalibrieraufwand minimiert ist, da alle elektrischen Messobjekte einer Schaltung unter Verwendung von nur einem Kalibriersubstrat charakterisiert werden können.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden auf dem Kalibriersubstrat ein oder mehrere Kalibrierstandards angeordnet, wobei jedem Kalibrierstandard wenigstens ein, insbesondere zwei, Schalter zugeordnet sind. Dadurch, dass auf der elektronischen Schaltung der wenigstens eine Schalter zwischen dem elektrischen Messobjekte und der elektronischen Schaltung, in der das elektrische Messobjekt eingebettet ist, angeordnet wird, können die Streuparameter des elektrischen Messobjektes unabhängig und isoliert von der elektrischen Eigenschaften der restlichen elektronischen Schaltung bestimmt werden.

Zweckmäßigerweise wird auf der elektronischen Schaltung jeweils ein Schalter an wenigstens einer, insbesondere zwei oder allen, elektrischen Kontaktstellen zwischen dem elektrischen Messobjekt und der elektronischen Schaltung angeordnet.

Eine einfache, schnelle und funktionssichere elektrische Verbindung mit hoher elektrischer Qualität insbesondere hinsichtlich der HF-Güte erzielt man dadurch, dass beim elektrischen Verbinden der Tore des Vektornetzwerkanalysators mit einem jeweiligen Schalter dieser Schalter eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Messobjekt und der elektronischen Schaltung trennt und eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Messobjekt und dem jeweiligen Tor des Netzwerkanalysators herstellt.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Schalter des Kalibriersubstrats und der elektronischen Schaltung mit identischen elektrischen Eigenschaften auch identische mechanische Eigenschaften auf.

Zweckmäßigerweise sind die Schalter des Kalibriersubstrats und der elektronischen Schaltung mit identischen elektrischen Eigenschaften identisch ausgebildet

In einer bevorzugen Ausführungsform wird als Schalter ein elektronischer Mikroschalter verwendet. Zweckmäßigerweise wird die Umschaltung der elektrischen Verbindungen bei Anschluss des zweiten Kontaktes an das bzw. Trennung des zweiten Kontaktes von dem Messtor des Vektometzwerkanalysators elektrisch, mechanisch oder optisch durchgeführt.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Umschaltung der elektrischen Verbindungen bei Anschluss des zweiten Kontaktes an das bzw. Trennung des zweiten Kontaktes von dem Messtor des Vektometzwerkanalysators durch Anlegen einer vorbestimmten elektrischen Spannung durchgeführt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Anordnung einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kalibriersubstrates mit Schaltern,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Schalters,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Schalters von Fig. 2 in einem ersten Schaltzustand,

Fig.4 eine schematische Darstellung des Schalters von Fig. 2 in einem zweiten

Schaltzustand,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung mit elektrischen

Messobjekten,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektronischen Schaltung mit elektrischen Messobjekten, Fig. 7 eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kalibriersubstrates mit Schaltern,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messanordnung,

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines Schalters in einer ersten Schaltstellung,

Fig. 10 eine schematische Darstellung des Schalters von Fig. 9 in einer zweiten

Schaltstellung und

Fig. 11 eine schematische Darstellung des Schalters von Fig. 9 in einer dritten Schaltstellung.

Die in Fig. 1 dargestellte, erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kalibriersubstrates 100 in Form eines planaren TLR- Kalibriersubstrates (TLR = Thru-Line-Reflect) umfasst drei Kalibrierstandards 12, 14 und 16, die als beispielsweise gedruckte Schaltungen auf dem Kalibriersubstrat 100 ausgebildet sind. Jeder Kalibrierstandard 12, 14 und 16 ist über jeweilige erste Wellenleiter 18 mit einem ersten Schalter 20 und einem zweiten Schalter 22 elektrisch verbunden. Jeder Schalter 20, 22 ist wiederum mit einem Abschlusswiderstand 26 elektrisch verbunden. Der erste Wellenleiter 18 ist beispielsweise ein planarer Wellenleiter.

Wie aus Fig. 2 bis 4 ersichtlich, umfasst jeder Schalter 20, 22 einen ersten elektrischen Kontakt 30, einen zweiten elektrischen Kontakt 32 und einen dritten elektrischen Kontakt 34. Der erste elektrische Kontakt 30 ist über einen ersten Wellenleiter 18 mit dem Kalibrierstandard 12, 14, 16 elektrisch verbunden. Der dritte elektrische Kontakt 34 ist ebenfalls über einen ersten Wellenleiter 18 mit dem Abschlusswiderstand 26 elektrisch verbunden. Der zweite elektrische Kontakt 32 ist wahlweise mit einem zweiten Wellenleiter 36, welcher beispielsweise als koaxialer Wellenleiter ausgebildet ist, elektrisch verbindbar. Ggf. ist ein Teil des zweiten Wellenleiters 36 auf dem Kalibriersubstrat 100 ausgebildet.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der zweite elektrische Kontakt 32 der ersten Schalter 20 wahlweise mit einem ersten Messtor 38 eines Vektornetzwerkanalysators 40 verbindbar und der zweite elektrische Kontakt 32 der zweiten Schalter 22 wahlweise mit einem zweiten Messtor 42.

Die Schalter 20, 22 sind derart ausgebildet, dass, wie aus Fig. 3 ersichtlich, in einer ersten Schaltstellung bzw. Grundstellung, in der der zweite Kontakt 32 frei ist, d.h. der zweite Kontakt ist nicht mit einem Messtor 38 bzw. 42 des Vektornetzwerkanalysators 40 elektrisch verbunden, der erste Kontakt 30 mit dem dritten Kontakt 34 elektrisch verbunden ist. Gleichzeitig ist der zweite elektrische Kontakt 32 vom ersten und dritten elektrischen Kontakt 30, 34 elektrisch getrennt, wobei eine für die Anwendung ausreichende elektrische Isolationsdämpfung zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Kontakt 30, 32 sowie dem dritten und zweiten elektrischen Kontakt 32, 34 durch den Schalter 20, 22 bereitgestellt wird.

Sobald der zweite elektrische Kontakt 32 über den zweiten Wellenleiter 36 mit einem Messtor 38 bzw. 42 des Vektornetzwerkanalysators 40 elektrisch verbunden ist, schaltet der Schalter 20, 22 in die in Fig. 4 dargestellte zweite Schaltstellung um. Hierbei ist die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem dritten elektrischen Kontakt 30, 34 getrennt und stattdessen ist der erste elektrische Kontakt 30 mit dem zweiten elektrischen Kontakt 32 elektrisch verbunden. Gleichzeitig ist der dritte elektrische Kontakt 34 vom ersten und zweiten elektrischen Kontakt 30, 32 elektrisch getrennt, wobei eine für die Anwendung ausreichende elektrische Isolationsdämpfung zwischen dem ersten und dritten elektrischen Kontakt 30, 34 sowie dem zweiten und dritten elektrischen Kontakt 32, 34 durch den Schalter 20, 22 bereitgestellt wird. Auf diese Weise wird also das jeweilige Messtor 38, 40 durch den Schalter 20, 22 mit einem jeweiligen elektrischen Anschluss des jeweiligen Kalibrierungsstandards 12, 14, 16 auf dem Kalibriersubstrat 100 durch einfaches elektrisches Verbinden eines der Messtore 38, 42 bzw. eines zweiten Wellenleiters 36 mit einem der zweiten elektrischen Kontakte 32 hergestellt.

In Fig. 5 sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bis 4 bezeichnet, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 4 verwiesen wird. Fig. 5 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform einer elektronischen Schaltung 200 die in Form einer planaren Schaltung ausgebildet ist, in die mehrere elektronische Messobjekte (DUT - Device Under Test) 210, 212, 214 eingebettet sind. Das zweite DUT 212 soll mittels des Vektornetzwerkanalysators 40 charakterisiert werden. In die elektronischen Schaltung 200 sind Schalter 20, 22 eingebettet, wobei die ersten Kontakte 30 der Schalter 20, 22 jeweils mit dem DUT 212 und die dritten Kontakte 34 der Schalter 20, 22 jeweils mit der Schaltung 200 verbunden sind. Bezugszeichen 218 bezeichnet eine Referenzebene.

Da die Eigenschaften der Schalter 20, 22 in der Kalibrierung, wie zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 erläutert, mit berücksichtigt sind, müssen die gleichen Schalter 20, 22 auch bei der Charakterisierung des DUT 212 mit berücksichtigt werden. Der Ausdruck "gleicher Schalter" bedeutet hierbei Schalter mit zumindest gleichen elektrischen Eigenschaften, wobei bevorzugte die Schalter 20, 22 in der elektronischen Schaltung 200 identisch wie die Schalter 20, 22 in dem Kalibriersubstrat 100 ausgebildet sind. Die Schalter 20, 22 sind in allen Zuleitungen des zu untersuchenden DUT 212 zur restlichen Schaltung 200 implementiert, wie in Fig. 5 dargestellt. Die Schalter sind derart eingebaut, dass sie eine Verbindung zwischen den Messtoren 38, 42 des Vektornetzwerkanalysators 40 und dem zu charakterisierenden DUT (hier DUT 212) ermöglichen. Nach der Charakterisierung bzw. Fehlerkontrolle des DUT 212 verbleiben die Schalter 20, 22 in der Schaltung 200. Sobald die elektrische Verbindung zwischen den Messtoren 38, 42 des Vektornetzwerkanalysators 40 und den zweiten Kontakten 32 der Schalter 20, 22 getrennt sind, verbindet der jeweilige Schalter 20, 22 wieder das DUT 212 mit den anderen, benachbarten Teilen der Schaltung 200, nämlich mit den DUTs 210, 224, wie bereits zuvor in Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 beschrieben. Mit dem gleichen Kalibriersubstrat 100 aus Fig. 1 können auch alle anderen DUTs 210, 214 der planaren Schaltung 200 charakterisiert werden. Dazu muss lediglich in jeder Zuleitung des zu untersuchenden DUT 210, 214 jeweils ein Schalter 20, 22 platziert werden. Ein Beispiel zur Charakterisierung des DUT 210 ist in Fig. 6 dargestellt. In Fig. 6 sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1 bis 5, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 5 verwiesen wird. Fig. 6 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer elektronischen Schaltung 300 in Form einer planaren Schaltung, wobei im Unterschied zur ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 5 zusätzliche Schalter 20a und 22a beidseits des DUT 210 angeordnet sind. Diese Schalter 20a und 22a sind identisch ausgebildet wie die Schalter 20 und 22. Zur Charakterisierung des DUT 210 werden die Messtore 38 und 42 des Vektometzwerkanalysators 40 statt mit den zweiten elektrischen Kontakten 32 der Schalter 20 und 22 mit den zweiten elektrischen Kontakten 32 der Schalter 20a und 22a elektrisch verbunden.

Durch die Verwendung der Schalter 20, 20a, 22, 22a nimmt die elektrische Peripherie, wie die weiteren DUTs 212 und 214 bzw. die weiteren DUTs 210, 214 der restlichen Schaltung 200 bzw. 300, keinen Einfluss auf die Messung und Charakterisierung des DUT 210 bzw. 212. Voraussetzung für eine genaue Messung ist, dass die Schalter 20, 20a und/oder die Schalter 22, 22a während der Kalibrierung einerseits, wie in Fig. 1 bis 4 dargestellt, und der Messung andererseits, wie in Fig. 5 und 6 dargestellt, möglichst identische Eigenschaften, insbesondere identische elektrische Eigenschaften, aufweisen. Die Isolationsdämpfung zwischen den jeweiligen elektrischen Kontakten 32 und 34 sollte so groß wie möglich sein. Die zweiten elektrischen Kontakte 32 der Schalter 20 und 22 sind frei, d.h. elektrisch nicht mit einem Messtor 38, 42 eines Vektornetwerkanalysators 40 verbunden. Dadurch stellen die Schalter 20, 22 jeweils eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 30 mit dem dritten elektrischen Kontakt 34 her.

Über die Schalter 20, 20a, 22, 22a wird jeweils die Signalenergie aus dem Vektornetzwerkanalysator 40 an das jeweilige Kalibrierelement 12, 14, 16 bzw. das jeweilige DUT 210, 212, 214 übertragen. Das Kalibriersubstrat 100 umfasst verschiedene Kalibrierelemente 12, 14, 16 (beispielsweise Kurzschluss-Standard, Leerlauf-Standard, Widerstandsstandard, Leitungsstandard, etc.), wobei die Kalibrierelemente 12, 14, 16 je Messtor an der ersten Wellenleitung 18 (beispielsweise Mikrostreifenleitung, Koplanarleitung, etc.) angeschlossen sind, wobei wiederum der erste Wellenleiter 18 mit einem Umschalter bzw. Signalschalter 20, 22 verbunden ist. Der Umschalter bzw. Signalschalter 20, 22 ist mit einer Abschlussimpedanz Z _a b terminiert.

Auf dem Kalibriersubstrat 100 sind ggf. auch beliebige andere Messobjekte oder Verifikationsstandards zur Überprüfung der Kalibrierung angeordnet. Die Kalibrierelemente 12, 14, 16 besitzen allgemein N-Tore, N erste Wellenleitungen 18 und mindestens N Schalter 20, 22 (je erste Wellenleitung 18 mindestens einen Schalter), wobei je Tor auf dem Kalibriersubstrat die ersten Wellenleitungen 18 und Schalter 20, 22 unterschiedlich hinsichtlich der Geometrie und der Position sein können. Die Aufgabe der Schalter 20, 20a, 22, 22a ist die Verbindung der einzelnen Messtore 38, 42 des Vektornetzwerkanalysators 40 mit den Kalibrier-Λ/erifikationsstandards 12, 14, 16 bzw. den Messobjekten (DUTs) 210, 212, 214, so dass die umgebende, leitungsgebundene Peripherie der restlichen elektronischen Schaltung 200, 300 keinen Einfluss auf die Messergebnisse hat. Die Funktion des Schalters 20, 20a, 22, 22a wurde zuvor bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 erläutert. Der Schalter 20, 20a, 22, 22a kann ein beliebiges Aussehen bzw. eine beliebige Form haben. Es ist jedoch wichtig, dass er die beschriebene Funktion aufweist und wenigstens die einem bestimmten Messtor 38 bzw. 42 zugeordneten Schalter 20, 20a bzw. 22, 22a identische elektrische Eigenschaften aufweisen bzw. identisch ausgebildet sind. Die Schalter 20, 20a, 22, 22a verschiedener Messtore 38, 42 können unterschiedlich gestaltet sein und auch unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweisen. Die voranstehende Beschreibung mit identischen Schaltern 20, 20a, 22, 22a an allen Messtoren 38, 42 ist lediglich beispielhaft. Der Schalter 20, 20a, 22 bzw. 22a können auch aus verschiedenen Schaltern kombiniert sein.

Das Kalibriersubstrat 100 ist beispielsweise als gedruckte Schaltungsplatine (PCB), Wafer, etc. ausgebildet, wobei das Trägermaterial aus beliebigen, festen, nicht oder schwach leitenden Substratmaterialien (wie beispielsweise Glas, Keramik, FR4, Rogers RO 4003, Epoxydmaterial, etc.) hergestellt ist. Das Kalibriersubstrat 100 ist beispielsweise als Mehrlagenplatine mit mehreren Substratlagen ausgebildet, wobei die Schalter 20, 20a, 22, 22a sich auf derselben Substratlage wie die ersten Wellenleiter 18 befinden. Die Anordnungen/Positionen der Kalibrierstandards 12, 14, 16 auf dem Kalibriersubstrat 100 bzw. DUTs 210, 212 214 auf der elektronischen Schaltung 200, 300 sind beliebig. Die Positionen und die Ausführungsformen der Schalter 20, 20a, 22, 22a und der ersten Wellenleitungen 18 können für jedes der N Messtore eines Kalibrierstandards 12, 14, 16 verschieden sein, jedoch müssen für alle Kalibrierstandards 12, 14, 16, die für eine Kalibrierung notwendig sind, und für alle DUTs 210, 212, 214 die erste Wellenleitung und die entsprechenden Schalter 20, 20a, 22, 22a je Tor stets identisch sein, d.h. zumindest identische elektrische Eigenschaften aufweisen. Fig. 7 zeigt beispielhaft ein Kalibriersubstrat 100 bzw. eine elektronische Schaltung mit verschiedenen 1-Tor-Kalibrierstandards/-DUTs 102, 2- Tor-Kalibrierstandards/-DUTs 104 und 3-Tor-Kalibrierstandards/-DUTs 106. In Fig. 7 sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie in Fig. 1 bis 6, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der der Fig. 1 bis 6 verwiesen wird. Der 3-Tor-Kalibrierstandard bzw. das 3-Tor-DUT 106 umfasst neben dem ersten Schalter 20 für das erste Tor, welches mit dem ersten Messtor 38 des Vektornetzwerkanalysators 40 verbindbar ist, und dem zweiten Schalter 22 für das zweite Tor, welches mit dem zweiten Messtor 42 des Vektornetzwerkanalysators 40 verbindbar ist, zusätzlich einen dritten Schalter 24, welcher mit einem entsprechenden dritten Messtor (nicht dargestellt) des Vektornetzwerkanalysators 40 verbindbar ist. Die Schalter 24 sind analog aufgebaut und ausgebildet, wie die Schalter 20 bzw. 22. Mit anderen Worten gilt die obige Beschreibung der Schalter 20, 22 analog auch für die dritten Schalter 24. Auf dem Kalibriersubstrat 100 befinden sich beispielsweise auch mehrere N-Tor-Kalibrierstandards für verschiedene Kalibrierungen. Mit 108 ist ein Übergang bezeichnet. Sofern es sich bei 102, 104 und 106 nicht um einen Kalibrierstandard, sondern um ein DUT handelt, ist statt des Abschlusswiderstandes 26 ggf. ein Übergang zu einer restlichen Schaltung oder ein Leistungsübergang vorgesehen.

Wie beispielhaft in Fig. 8 dargestellt, können das Kalibriersubstrat 100 bzw. die Kalibrierelemente 12, 14, 16 auch zusammen mit Anwenderschaltungen, die entsprechende DUTs 210, 212, 214 enthalten, gemeinsam auf einem Substrat 400 befinden. Fig. 8 zeigt eine Anwender Schaltung mit einem Eingang/Ausgang 402 und einem Eingang/Ausgang 404. Ansonsten sind in Fig. 8 funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie in Fig. 1 bis 7, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 7 verwiesen wird.

Eine Hilfsstruktur kann sich entlang, aber auch quer zur ersten Wellenleitung 18 erstrecken.

Die Schalter 20, 22, 24 sind bevorzugt impedanzkontrolliert ausgeführt. Wichtig ist, dass eine möglichst hohe Isolationsdämpfung zwischen den elektrisch nicht miteinander verbunden elektrischen Kontakten 30, 32 und 34 vorhanden ist. Am Ende des mit dem zweiten elektrischen Kontakt 32 verbundenen zweiten Wellenleiters 36 ist bevorzugt ein Übergang zu einem anderen Wellenleiter ausgebildet, wie beispielsweise ein Mikrostreifen-Koplanar-Übergang, ein Mikrostreifen-Koaxial-Übergang, ein Koplanar-Koaxial-Übergang, ein Koplanar- Mikrostreifen-Übergang etc.. Dadurch kann die Leistungszufuhr beispielsweise über Koaxialleitungen, PCB- oder On-Wafer-Messspitzen erfolgen. Das Kalibriersubstrat weist ggf. eine Grundmetallisierung auf.

Für die praktische Handhabung können auch zwei Schalter 20, 20a, 22, 22a zusammen in einem Gehäuse angeordnet sein. Die beiden Schalter können dann als eine Schaltstruktur aufgefasst werden. In Fig. 6 wäre dann beispielsweise die Kombination aus Schalter 22a und Schalter 20 zwischen den DUTs 210 und 212 eine derartige Schaltstruktur. Der Schalter 20, 22, 24 ist ein Dreitor-Bauelement. Wird der Schalter 20, 22, 24 zwischen zwei Wellenleitern montiert, die mit den elektrischen Kontakten 30 und 34 elektrisch verbunden sind, dann verbindet er die beiden Wellenleiter elektrisch. Das Umschalten kann automatisch erfolgen, sobald ein weiterer Wellenleiter bzw. ein Messtor 38, 42 eines Vektornetzwerkanalysators 40 mit dem zweiten Kontakt 32 des Schalters 20, 22, 24 elektrisch verbunden ist. Wird dieser weitere Wellenleiter wieder entfernt, schaltet der Schalter wieder in die Ursprungsposition. Alternativ erfolgt das Umschalten durch andere Mechanismen. Beispielsweise kann das Umschalten elektrisch, mechanisch oder optisch erfolgen. Der Schalter 20, 22, 24 kann auch ein aktives Element sein. Dann kann beispielsweise durch Änderung eines anliegenden Spannungspotentials der Schaltprozess ausgelegt werden.

Es ist auch möglich, dass der Schalter 20, 22 bzw. 24 alle Kombination zwischen den Kontakten 30, 32, 34 paarweise elektrisch miteinander verbindet, also auch den zweiten Kontakt 32 mit dem dritten Kontakt 34, was beispielsweise elektrisch durch Anlegen einer elektrischen Spannung 44 gesteuert wird, wie in Fig. 9 bis 11 dargestellt. In Fig. 9 bis 11 sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie in Fig. 1 bis 8, so dass zu deren Erläuterung auf die obige Beschreibung der Fig. 1 bis 8 verwiesen wird. In Fig. 9 ist beispielsweise eine elektrische Spannung 44 von 0 Volt, bei Fig. 10 ist beispielsweise eine elektrische Spannung 44 von -5 Volt und in Fig. 11 ist beispielsweise eine elektrische Spannung 44 von +5 Volt angelegt. Auf diese Weise sind beispielsweise in Fig. 6 zwei Schalter 22a und 20 zu einem einzigen kombinierten Schalter 28 zusammengefasst, welcher beim Messen des DUT 210 dem zweiten Messtor 42 und beim Messen des DUT 212 dem ersten Messtor 38 zugeordnet ist. Vorteilhafterweise ist ein identischer kombinierter Schalter 28 auch auf dem Kalibriersubstrat an dem entsprechenden Tor des jeweiligen Kalibrierstandards angeordnet.

Für die richtige Messung der Streuparameter eines N-Tores muss das Messsystem kalibriert werden. Je nach Kalibrierung werden M verschiedene N-Tor- Kalibrierstandards (Kalibrierelemente), die bekannt oder nur teilweise bekannt sind, benötigt. Für eine Kalibrierung unter Verwendung von M Kalibrierstandards müssen die elektrischen Eigenschaften des Schalters 20, 22, 24 und der ersten Wellenleitung 18 bzw. auch der zweiten Wellenleitung 36 jeweils für ein Tor identisch sein, können aber zwischen den N-Toren unterschiedlich sein.

Beispielsweise sollen die Streuparameter eines 2-Tor-Objektes gemessen werden. Für eine LLR (TRL)-Kalibrierung sind drei 2-Tor-Kalibrierstandards notwendig. Dies können zum Beispiel zwei unterschiedlich lange Leitungen und zwei Kurzschlüsse sein, wobei die Kurzschlüsse jeweils ein 1-Tor-Objekt darstellen, aber zusammen einem 2-Tor-Objekt entsprechen. Die drei 2-Tor-Standards können je Tor zwei unterschiedliche Zuleitungen (erste Wellenleitungen 18) besitzen. Die Schalter 20, 22, 24 können ebenfalls an jeder Zuleitung (jeder ersten Wellenleitung 18) unterschiedliche Eigenschaften (z. B Verluste) aufweisen. Jedoch müssen die ersten Wellenleitungen 18 und die Schalter 20, 22, 24 an den jeweiligen Toren 1 der Kalibrierstandards 12, 14, 16 und DUTs 210, 212, 214 identisch sein. Auch am Tor 2 der Kalibrierstandards 12, 14, 16 müssen die ersten Wellenleiter 18 und die Hilfsstrukturen untereinander übereinstimmen, jedoch können sie sich zu denen am Tor 1 unterscheiden.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Bestimmen von Streuparametern eines elektrischen Messobjektes (DUT - Device LJnder Test), welches ein oder mehrere elektronische Bauteile umfasst, die elektrisch miteinander verschaltet sind, mit einem Vektornetzwerkanalysator, wobei das elektrische Messobjekt in einer elektronischen Schaltung eingebettet ist, wobei wenigstens ein, insbesondere zwei Tore des Vektornetzwerkanalysators mit einem Kalibriersubstrat, welches wenigstens einen Kalibrierstandard aufweist, elektrisch verbunden werden und der Vektornetzwerkanalysator kalibriert wird, wobei anschließend das Kalibriersubstrat vom Vektornetzwerkanalysator getrennt wird und das wenigstens eine Tor mit einer elektrischen Kontaktstelle der elektronischen Schaltung elektrisch verbunden wird, wobei das wenigstens eine Tor des Vektornetzwerkanalysators über jeweils wenigstens einen in dem Kalibriersubstrat integrierten Schalter mit dem Kalibriersubstrat elektrisch verbunden wird und dass das wenigsten eine Tor des Vektornetzwerkanalysators über jeweils wenigstens einen in der elektronischen Schaltung integrierten Schalter mit der elektronischen Schaltung elektrisch verbunden wird, wobei der wenigstens eine in dem Kalibriersubstrat integrierte Schalter sowie der wenigstens eine in der elektronischen Schaltung integrierte Schalter, die jeweils demselben Tor des Vektornetzwerkanalysators zugeordnet sind, identische elektrische Eigenschaften aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass der Kalibrieraufwand minimiert ist, da alle elektrischen Messobjekte einer Schaltung unter Verwendung von nur einem Kalibriersubstrat charakterisiert werden können.

Bei einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Absätze werden auf dem Kalibriersubstrat ein oder mehrere Kalibrierstandards angeordnet, wobei jedem Kalibrierstandard wenigstens ein, insbesondere zwei Schalter zugeordnet sind.

Bei einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Absätze wird auf der elektronischen Schaltung der wenigstens eine Schalter zwischen dem elektrischen Messobjekte und der elektronischen Schaltung, in der das elektrische Messobjekt eingebettet ist, angeordnet. Dadurch können die Streuparameter des elektrischen Messobjektes unabhängig und isoliert von der elektrischen Eigenschaften der restlichen elektronischen Schaltung bestimmt werden.

Bei einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Absätze wird auf der elektronischen Schaltung jeweils ein Schalter an wenigstens einer, insbesondere zwei oder allen, elektrischen Kontaktstellen zwischen dem elektrischen Messobjekt und der elektronischen Schaltung angeordnet.

Bei einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Absätze wird eine einfache, schnelle und funktionssichere elektrische Verbindung mit hoher elektrischer Qualität insbesondere hinsichtlich der HF-Güte dadurch erzielt, dass beim elektrischen Verbinden der Tore des Vektornetzwerkanalysators mit einem jeweiligen Schalter dieser Schalter eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Messobjekt und der elektronischen Schaltung trennt und eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Messobjekt und dem jeweiligen Tor des Netzwerkanalysators herstellt.

Bei einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Absätze weisen die Schalter des Kalibriersubstrats und der elektronischen Schaltung mit identischen elektrischen Eigenschaften auch identische mechanische Eigenschaften auf.

Bei einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Absätze sind alle Schalter des Kalibriersubstrats und der elektronischen Schaltung mit identischen elektrischen Eigenschaften identisch ausgebildet.

Bei einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Absätze wird als Schalter ein elektronischer Mikroschalter verwendet.

Bei einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Absätze wird die Umschaltung der elektrischen Verbindungen bei Anschluss des zweiten Kontaktes an das bzw. Trennung des zweiten Kontaktes von dem Messtor des Vektornetzwerkanalysators elektrisch, mechanisch oder optisch durchgeführt.

Bei einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Absätze wird die Umschaltung der elektrischen Verbindungen bei Anschluss des zweiten Kontaktes an das bzw. Trennung des zweiten Kontaktes von dem Messtor des Vektornetzwerkanalysators durch Anlegen einer vorbestimmten elektrischen Spannung durchgeführt.