RF parameter extraction by controlling instrumentation with MATLAB

Abstract

The increase in the operating frequency of radiofrequency on-wafer devices increases the complexity of making precise measurements as well as the amount of data generated in the measurements. For this reason, the characterization tools that until now carried out the entire process of measurement and characterization, present problems of working memory space to characterize new microwave devices. Furthermore, due to its non-modular design, it presents adaptability problems for new libraries and functionalities necessary for this purpose.

This research presents an adaptable, evolutionary tool developed in MATLAB® that performs the extraction of radiofrequency parameters of RF devices by controlling instrumentation without working memory problems. The control of the instruments is done through data structures that in object-oriented programming (OOP) are known as objects. The properties and methods of the objects are described in extensible program code templates called 'classes' designed from scratch.

On other hand, within the manufacturing process of on-wafer devices, wafer map files are used to have traceability in devices, measurements based on the data of a wafer map file are used as a diagnostic tool to find where exist more failures. It is for this reason that the tool developed also parses the parameters declared within the wafer maps files using regular expressions to then sort the retrieved parameters in a data structure known as structure array that shows the hierarchy of the data.

In addition, this document describes current work on RF measurements and earlier work on RF instrumentation control and parameter extraction in MATLAB®. Finally, a comparison is made between the parameters extracted with the tool developed in MATLAB® and another industry-standard parameter extraction tool.

El aumento en la frecuencia operativa de los dispositivos de radiofrecuencia en oblea aumenta la complejidad de realizar mediciones precisas, así como la cantidad de datos generados en las mediciones. Por ello, las herramientas de caracterización que hasta ahora realizaban todo el proceso de medida y caracterización, presentan problemas de espacio de memoria de trabajo para caracterizar nuevos dispositivos de microondas. Además, debido a su diseño no modular, presenta problemas de adaptabilidad para nuevas librerías y funcionalidades necesarias para tal fin.

Esta tesis presenta una herramienta adaptable y evolutiva desarrollada en MATLAB® que realiza la extracción de parámetros de radiofrecuencia de dispositivos de RF mediante el control de instrumentación sin problemas de memoria de trabajo. El control de los instrumentos se realiza a través de estructuras de datos que en la programación orientada a objetos (POO) se conocen como objetos. Las propiedades y métodos de los objetos se describen en plantillas de código de programa extensibles llamadas 'clases' diseñadas desde cero.

Por otra parte, dentro del proceso de fabricación de dispositivos a nivel de oblea, los archivos de mapa de obleas se utilizan para tener trazabilidad en los dispositivos, las mediciones basadas en los datos de un archivo de mapa de obleas se utilizan como herramienta de diagnóstico para encontrar dónde existen más fallas. Es por esta razón que la herramienta desarrollada también analiza los parámetros declarados dentro de los archivos de mapas de obleas utilizando expresiones regulares para luego ordenar los parámetros recuperados en una estructura de datos conocida como matriz de estructura que muestra la jerarquía de los datos.

Además, este documento describe el trabajo actual sobre mediciones de RF y el trabajo anterior sobre control de instrumentación de RF y extracción de parámetros en MATLAB®. Finalmente, se realiza una comparación entre los parámetros extraídos con la herramienta desarrollada en MATLAB® y otra herramienta de extracción de parámetros estándar de industria.