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什么是阻抗測(cè)試及阻抗測(cè)試詳解

   日期:2024-11-01 22:06:38     來(lái)源:檢測(cè)     作者:中企檢測(cè)認(rèn)證網(wǎng)     瀏覽:30    評(píng)論:0
核心提示:什么是阻抗測(cè)試及阻抗測(cè)試詳解一、阻抗測(cè)試基本概念阻抗定義:阻抗是元器件或電路對(duì)周期的交流信號(hào)的總的反

什么是阻抗測(cè)試及阻抗測(cè)試詳解

阻抗測(cè)試儀.jpg

一、阻抗測(cè)試基本概念

阻抗定義:

阻抗是元器件或電路對(duì)周期的交流信號(hào)的總的反作用。

AC 交流測(cè)試信號(hào) (幅度和頻率)。

包括實(shí)部和虛部。

阻抗的定義.jpg

圖1 阻抗的定義

阻抗是評(píng)測(cè)電路、元件以及制作元件材料的重要參數(shù)。那么什么是阻抗呢?讓我們先來(lái)看一下阻抗的定義。

首先阻抗是一個(gè)矢量。

通常,阻抗是指器件或電路對(duì)流經(jīng)它的給定頻率的交流電流的抵抗能力。它用矢量平面上的復(fù)數(shù)表示。一個(gè)阻抗矢量包括實(shí)部(電阻R)和虛部(電抗X)。如圖11-1所示,阻抗在直角坐標(biāo)系中用Z=R+jX表示。那么在極坐標(biāo)系中,阻抗可以用幅度和相角表示。直角坐標(biāo)系中的實(shí)部和虛部可以通過(guò)數(shù)學(xué)換算成極坐標(biāo)系中的幅度和相位。

其次,要記住阻抗的單位是歐姆。另外,要思考一下我們所熟知的電阻(R)、電感(L)和電容(C)分別對(duì)應(yīng)由于復(fù)阻抗平面中的位置。

阻抗的公式.jpg

圖2 阻抗的公式

什么是導(dǎo)納呢?

導(dǎo)納是阻抗的倒數(shù),它也可以可以表述為實(shí)部(G電導(dǎo))和虛部(電納),其單位是西門子。

導(dǎo)納的公式.jpg

圖3 導(dǎo)納的公式

為什么要有阻抗和導(dǎo)納兩種表述方式呢?主要是為了非常簡(jiǎn)單的表述兩種常用串連和并聯(lián)連接方式。對(duì)于電阻和電抗串聯(lián)連接時(shí),采用阻抗的表述非常簡(jiǎn)單易用。但是對(duì)于電阻和電抗并聯(lián)連接時(shí),阻抗的表述非常復(fù)雜,這時(shí)候,采用導(dǎo)納就非常簡(jiǎn)單易用了。

阻抗和導(dǎo)納的關(guān)系.jpg

圖4 阻抗和導(dǎo)納的關(guān)系

阻抗同電感 L 和電容 C 的關(guān)系:

電抗有兩種形式——感抗(XL)和容抗(XC)。電感對(duì)應(yīng)的是感抗,電容對(duì)應(yīng)的是容抗。對(duì)于理想的電感和電容,它們分別和感抗、容抗之間滿足正比和反比的關(guān)系。

按照定義,

X L=2 pfL= w L

X C= 1/2 pfC=1 / wC

f 是交流信號(hào)的頻率, L 是電感,C 是電容。電感的單位時(shí)H,電容的單位是F 。

w 為角速度, w= 2 pf 。

阻抗同電容電感的關(guān)系.jpg

圖5 阻抗同電容/電感的關(guān)系

如果將電感的阻抗Vs頻率圖也畫在同一個(gè)阻抗圖中,不難發(fā)現(xiàn),電感的阻抗隨頻率增加而增加,電容的阻抗隨頻率的增加而減小。即便是理想的電感或電容,它們的阻抗也隨入射交流信號(hào)的頻率不同而改變。

品質(zhì)因子Q和損耗因子 D:

品質(zhì)因子Q是衡量電抗(同時(shí)也是電納)純度的指標(biāo)。換句話說(shuō),品質(zhì)因子Q是表明器件接近純電抗的程度,品質(zhì)因子越大,說(shuō)明電抗的絕對(duì)值越大,反過(guò)來(lái)說(shuō),也就是說(shuō)明器件的電阻越小。

實(shí)際上,器件阻抗中的實(shí)數(shù)部分,即電阻的大小表明能量在經(jīng)過(guò)器件傳輸后,能量的損耗大小。因此,從上面的公式中可以看到,品質(zhì)因子表明器件能量的損耗程度。

品質(zhì)因數(shù)(Q)是電抗純度的度量(即與純電抗,也就是與沒有電阻的接近程度),定義為元件中存儲(chǔ)能量與該元件損耗能量之比。

Q是無(wú)量綱單位,表達(dá)式為Q=X/R=B/G。您可從圖6看到Q是q角的正切。

Q一般適用于電感器,對(duì)于電容器來(lái)說(shuō),表示純度的這一項(xiàng)通常用耗散因素(D)表示。耗散因素是Q的倒數(shù),它也是q補(bǔ)角的正切,圖6中示出了d角。

品質(zhì)因子和損耗因子.jpg

圖6 品質(zhì)因子和損耗因子

實(shí)際電容模型:

讓我們來(lái)仔細(xì)研究真實(shí)的電容器件。首先我們要清楚,不同的材料和制造技術(shù)會(huì)造成不同大小的寄生參數(shù)。器件的引線會(huì)產(chǎn)生不希望的串聯(lián)電阻和電感,器件的兩端會(huì)存在寄生的并聯(lián)電阻和寄生電容。以致影響到元件的可使用性,以及所能確定電阻、電容或電感量值的準(zhǔn)確程度。

一個(gè)真實(shí)世界的元件包含許多寄生參數(shù)。作為元件主要參數(shù)和寄生參數(shù)的組合,如上圖所示,一個(gè)元件就好比是一個(gè)復(fù)雜的電路。

實(shí)際的電容模型.jpg

圖7 實(shí)際的電容模型

為什么要測(cè)試阻抗?

元件的阻抗受很多因素影響

頻率

測(cè)試信號(hào)

直流偏置

溫度

其他

由于存在寄生參數(shù),因此頻率對(duì)所有實(shí)際元件都有影響。并非所有的寄生參數(shù)都會(huì)影響測(cè)量結(jié)果,但正是某些主要的寄生參數(shù)確定了元件的頻率特性。當(dāng)主要元件的阻抗值不同時(shí),主要的寄生參數(shù)也會(huì)有所不同。圖8至圖10示出實(shí)際的電阻器、電感器和電容器的典型頻率響應(yīng)。

頻率對(duì)電阻阻抗的影響.jpg

圖8 頻率對(duì)電阻阻抗的影響

頻率對(duì)電感阻抗的影響.jpg

圖9 頻率對(duì)電感阻抗的影響

頻率對(duì)電容阻抗的影響.jpg

圖10 頻率對(duì)電容阻抗的影響

交流信號(hào)電平的影響(電容):

與交流電壓有關(guān)的SMD 電容(具有不同的介電常數(shù), K) 受交流測(cè)試電壓的影響如圖11所示。

電容受交流測(cè)試電壓的影響.jpg

圖11 電容受交流測(cè)試電壓的影響

磁芯電感器受線圈材料的電磁回滯特性影響,線圈電感的感值會(huì)隨著測(cè)試信號(hào)電流變化而變化,如圖12所示。

磁芯電感器受交流測(cè)試電流的影響.jpg

圖12 磁芯電感器受交流測(cè)試電流的影響

直流偏置也會(huì)改變器件的特性。大家都知道直流偏置會(huì)影響半導(dǎo)體器件(比如二極管和晶體管以及其他被動(dòng)器件/無(wú)源器件)的特性。對(duì)于具有高介電常數(shù)材料制成的電容來(lái)說(shuō),器件上所加的直流偏置電壓越高,電容的變化越大。

陶瓷電容受直流偏置電平的影響.jpg

圖13 陶瓷電容受直流偏置電平的影響

對(duì)于磁芯電感器,電感隨流過(guò)線圈的直流變化而變化,這主要應(yīng)歸于線圈材料的磁通飽和特性。

現(xiàn)在,開關(guān)電源非常普遍。電力電感通常用于濾波由于高電流開關(guān)的射頻干擾和噪聲。為了保持好的濾波特性,減小大電流的紋波,電力電感必須在工作條件下測(cè)量其特性,以保證電感的滾將特性不影響其工作特性。

磁芯電感器受直流偏置電流的影響.jpg

圖14 磁芯電感器受直流偏置電流的影響

大多數(shù)器件都容易受溫度影響。對(duì)于電阻、電感和電容,溫度特性是非常重要的規(guī)范參數(shù)。下圖曲線表示不同介電常數(shù)的陶瓷電容與溫度的相關(guān)性。

陶瓷電容受溫度的影響.jpg

圖15 陶瓷電容受溫度的影響

二、阻抗測(cè)量方法和原理

阻抗測(cè)量有多種可選擇的方法,每種方法都有各自得優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。需要首先考慮測(cè)量的要求和條件,然后選擇最合適的方法。需要考慮的因素包括頻率覆蓋范圍、測(cè)量量程、測(cè)量精度和操作的方便性。沒有一種方法能夠包括所有的測(cè)量能力,因而在選擇測(cè)量方法時(shí)需要折中考慮。下面針對(duì)高速數(shù)字電路的特性,重點(diǎn)介紹三種方法。如果只考慮測(cè)量精度和操作方便性,自動(dòng)平衡電橋法師直至110MHz頻率的最佳選擇。對(duì)于100MHz至3GHz的測(cè)量,射頻I-V法有最好的測(cè)量能力,其他則推薦采用網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)。

2.1 自動(dòng)平衡電橋法

流過(guò)DUT的電流也流過(guò)電阻器Rr。“L”點(diǎn)的電位保持為0V(從而稱為“虛地”)。I-V轉(zhuǎn)換放大器使Rr上的電流與DUT的電流保持平衡。測(cè)量高端電壓和Rr上的電壓,即可計(jì)算出DUT的阻抗值。

各類儀器自動(dòng)平衡電橋的實(shí)際配置會(huì)有所不同。常規(guī)LCR表的低頻范圍一般低于100KHz,可使用簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大器作為它的I-V轉(zhuǎn)換器。由于受到放大器性能的限制,這類儀器在高頻時(shí)的精度較差。寬帶LCR表和阻抗分析儀所使用的I-V轉(zhuǎn)換器包括復(fù)雜的檢波器、積分器和矢量調(diào)制器,以保證在1MHz以上寬頻率范圍內(nèi)的高精度。這類儀器能達(dá)到110MHz的最高頻率。

自動(dòng)平衡電橋法原理.jpg

圖16 自動(dòng)平衡電橋法原理

自動(dòng)平衡電橋法優(yōu)缺點(diǎn):

最準(zhǔn)確, 基本測(cè)試精度 0.05%

最寬的阻抗測(cè)量范圍: C, L, D, Q, R, X, G, B, Z, Y, O, ...

最寬的電學(xué)測(cè)試條件范圍

簡(jiǎn)單易用

低頻, f < 110MHz

2.2 射頻I-V法

射頻I-V法用阻抗匹配測(cè)量電路(50歐姆)和精密同軸測(cè)試端口實(shí)現(xiàn)不同配置,能在較高頻率下工作。有兩種放置電壓表和電流表的方法,以分別適應(yīng)低阻抗和高阻抗的測(cè)量。如圖所示,被測(cè)器件(DUT)的阻抗由電壓和電流測(cè)量值導(dǎo)出,流過(guò)DUT的電流由已知阻值的低阻電阻器R上的電壓經(jīng)計(jì)算得到。在實(shí)際測(cè)量中,電阻器R處放置低損耗互感器,但該互感器也限制了可應(yīng)用頻率范圍的低端。

射頻I-V法.jpg

圖17 射頻I-V法

RF I-V 法優(yōu)缺點(diǎn):

寬的/高頻范圍, 1MHz < f< 3GHz

好的測(cè)試精度, 基本測(cè)試精度 0.8%

寬的阻抗測(cè)量范圍, 100m – 50KW @ 10%accuracy

100MHz最準(zhǔn)確的測(cè)試方法

接地器件測(cè)試

2.3 網(wǎng)絡(luò)分法

通過(guò)測(cè)量注入信號(hào)與反射信號(hào)之比得到反射系數(shù)。用定向耦合器或電橋檢測(cè)反射信號(hào),并用網(wǎng)絡(luò)分析儀提供和測(cè)量該信號(hào)。由于這種方法測(cè)量的是在DUT上的反射,因而能用于較高的頻率范圍。

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圖18 網(wǎng)絡(luò)分析法

根據(jù)實(shí)際的測(cè)量需求,網(wǎng)絡(luò)分析法又延伸出幾個(gè)方法,以提高測(cè)試的阻抗范圍。

2.3.1 反射法

這是最典型的網(wǎng)絡(luò)分析法,通過(guò)測(cè)試S11,來(lái)測(cè)試阻抗,公式如下:ZDUT=50(1+S11)/(1-S11)

對(duì)于E5061B網(wǎng)絡(luò)分析儀:

頻率范圍可測(cè):5 Hz 到 3 GHz;

10% 精度阻抗范圍:1 歐姆~2K 歐姆;

可利用7 mm 類型系列測(cè)試夾具。

2.3.2 串聯(lián)直通法

如圖所示,串聯(lián)直通法通過(guò)串接方式連接測(cè)量DUT。對(duì)于E5061B,增益-相位測(cè)試端口和S參數(shù)測(cè)試端口都能使用串聯(lián)直通法。相比來(lái)說(shuō),增益-相位測(cè)試端口更加方便,因?yàn)?端接類型的器件測(cè)試夾具能夠直接連接到增益-相位測(cè)試端口。但是最高頻率范圍僅到30MHz 。如果想測(cè)試更高頻率,可以使用 S 參數(shù)測(cè)試端口。但是,當(dāng)頻率達(dá)到幾百兆后,消除串聯(lián)直通測(cè)試夾具帶來(lái)的誤差是比較困難。因此實(shí)際頻率限制大概在200MHz或300MHz 。

對(duì)于E5061B網(wǎng)絡(luò)分析儀:

頻率范圍可測(cè):5Hz 到30MHz(增益-相位測(cè)試端口)

5Hz 到幾百兆Hz (S參數(shù)測(cè)試端口)

10 % 精度阻抗測(cè)量范圍:5 歐姆到20K 歐姆

可利用測(cè)試夾具(增益-相位測(cè)試端口)

不適用于接到DUT的測(cè)量

串聯(lián)直通法.jpg

圖19 串聯(lián)直通法

2.3.3 并聯(lián)直通法

如圖所示,并聯(lián)直通法通過(guò)并聯(lián)DUT測(cè)試阻抗。這個(gè)方法非常適合測(cè)量低阻抗器件,可小達(dá)1m歐姆。增益-相位測(cè)試端口和S參數(shù)測(cè)試端口都可以使用并聯(lián)直通法。對(duì)于超過(guò)30MHz的頻率范圍,使用S參數(shù)測(cè)試端口進(jìn)行并聯(lián)直通測(cè)試。但是,對(duì)于低于100KHz,推薦使用增益-相位測(cè)試端口進(jìn)行阻抗測(cè)量,因?yàn)樵鲂?相位測(cè)試端口使用了半浮地的設(shè)計(jì)方法,這個(gè)方法可以消除由于回流電流在測(cè)試電纜屏蔽層所形成的電阻誤差,這樣可以在低頻范圍內(nèi)容易地和精確地測(cè)量非常低的阻抗。

對(duì)于E5061B網(wǎng)絡(luò)分析儀:

頻率范圍:5 Hz到30 MHz(增益-相位測(cè)試口),5 Hz到3 GHz(S參數(shù)測(cè)試口1-2)

10 % 精度阻抗測(cè)量范圍:1M歐姆到5 歐姆(比阻抗分析儀更高的測(cè)量靈敏度)。

使用自制測(cè)試夾具或RF探頭。

并聯(lián)直通法.jpg

圖20 并聯(lián)直通法

2.4 典型阻抗測(cè)量?jī)x器

業(yè)界最典型的3個(gè)阻抗測(cè)量?jī)x器是:4294A,E4991A,E5061B。

它們的特征如下:

4294A精密阻抗分析儀:

測(cè)量頻率范圍從 40 Hz 到 110 MHz;

基本測(cè)量精度為 ±0.08%;

業(yè)內(nèi)最高性能的阻抗測(cè)量和分析儀。

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圖21 4294A精密阻抗分析儀

E4991A 射頻阻抗/材料測(cè)量分析儀:

測(cè)量頻率范圍從 1 MHz 到 3GHz;

基本測(cè)量精度為 ±0.8%;

材料測(cè)量功能可以測(cè)量介電常數(shù)和導(dǎo)磁率(配置選件 002)。

E4991A 射頻阻抗材料測(cè)量分析儀.jpg

圖22 E4991A 射頻阻抗/材料測(cè)量分析儀

E5061B矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀:

在 S 參數(shù)測(cè)量端口上的測(cè)量頻率范圍:從 5 Hz 到 3 GHz;

在增益-相位測(cè)量端口上的測(cè)量頻率范圍:從 5 Hz 到 30 MHz;

基本測(cè)量精度為 ±2%;

PDN (Power Distribution Network ——供電分配網(wǎng)絡(luò))的毫歐量級(jí)的阻抗值測(cè)試(旁路電容器,開關(guān)電源(DC-DC 變換器)的輸出阻抗,PCB 板的阻抗等)。

E5061B矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀.jpg

圖23 E5061B矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀

當(dāng)測(cè)量精度為10 % 時(shí),各種儀表的阻抗測(cè)量范圍的比較。

三種典型儀器的阻抗測(cè)量范圍比較.jpg

圖24 三種典型儀器的阻抗測(cè)量范圍比較

三、測(cè)試誤差及校準(zhǔn)和補(bǔ)償

3.1 測(cè)量誤差

對(duì)于真實(shí)世界的測(cè)量,我們必須認(rèn)為在測(cè)量結(jié)果中包含誤差。常見的誤差源有:

儀器的不精確性(包括DC偏置的不精確和OSC電平的不精確);

測(cè)試夾具和電纜中的殘余參數(shù);

噪聲。

這里沒有列出DUT的寄生參數(shù),因?yàn)镈UT的寄生參數(shù)是DUT的一部分,我們需要測(cè)量包括其寄生參數(shù)在內(nèi)的DUT阻抗。在所列誤差源中,如果測(cè)試夾具和測(cè)試電纜的殘余阻抗恒定而穩(wěn)定,就可對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。

3.2 校準(zhǔn)

校準(zhǔn)由“校準(zhǔn)平面”定義,在這一校準(zhǔn)平面上能得到規(guī)定的測(cè)量精度。為校準(zhǔn)儀器,在校準(zhǔn)平面上連接“標(biāo)準(zhǔn)器件”,然后通過(guò)調(diào)整儀器(通過(guò)計(jì)算/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)),使測(cè)量結(jié)果在規(guī)定的精度范圍內(nèi)。

校準(zhǔn)及其校準(zhǔn)平面.jpg

圖25 校準(zhǔn)及其校準(zhǔn)平面

自動(dòng)平衡電橋儀器的校準(zhǔn)平面是未知的BNC連接器。執(zhí)行電纜長(zhǎng)度校準(zhǔn)后,校準(zhǔn)平面移到測(cè)試電纜的頂端。自動(dòng)平衡電橋儀器的校準(zhǔn)通常是為了運(yùn)行和維護(hù),為了維持儀器在規(guī)范的精度內(nèi),應(yīng)該周期的進(jìn)行校準(zhǔn)(典型是一年一次)。

射頻I-V儀器在每次開機(jī)或改變頻率設(shè)置時(shí)都要求校準(zhǔn)。因?yàn)楦哳l時(shí),周邊溫度、濕度、頻率設(shè)置等對(duì)測(cè)量精度都有比較大的影響。需要使用開路、短路和標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載(低損耗電容有時(shí)也要求)進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)平面在連接校準(zhǔn)件的連接器的位置。

射頻I-V儀器的校準(zhǔn)方法和校準(zhǔn)平面.jpg

圖26 射頻I-V儀器的校準(zhǔn)方法和校準(zhǔn)平面

3.3補(bǔ)償

補(bǔ)償能減小DUT與儀器校準(zhǔn)平面間誤差源的影響。但補(bǔ)償不能完全消除誤差,補(bǔ)償后得到的測(cè)量精度也達(dá)不到“校準(zhǔn)平面”上得到的精度。補(bǔ)償與校準(zhǔn)不同,它也不能代替校準(zhǔn),因此必須在完成校準(zhǔn)后再進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償能有效改進(jìn)儀器的測(cè)量精度。下面介紹3種常見的補(bǔ)償技術(shù)。

3.3.1 偏移補(bǔ)償

當(dāng)測(cè)量?jī)H受單一殘余成分的影響時(shí),只需由測(cè)量值減去誤差值,即可得到有效值。如下圖所示的低值電容測(cè)量的情況,與DUT電容Cx并聯(lián)的雜散電容Co對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響最大,可通過(guò)從測(cè)量值Cm減去雜散電容值進(jìn)行補(bǔ)償。雜散電容值可從測(cè)量端開路時(shí)獲得。

偏移補(bǔ)償.jpg

圖27 偏移補(bǔ)償

3.3.2 開路和短路補(bǔ)償

開路和短路補(bǔ)償是當(dāng)前阻抗測(cè)量?jī)x器最常用的補(bǔ)償技術(shù)。這種方法假定測(cè)試夾具的殘余參數(shù)可以用簡(jiǎn)單的L/R/C/G電路表示,如下圖(a)所示。當(dāng)未知端開路,如下圖(b)所示時(shí),把所測(cè)雜散導(dǎo)納Go+jwCo作為Yo,因?yàn)闅堄嘧杩筞s可以忽略。當(dāng)未知端短路,如下圖(c)所示時(shí),所測(cè)阻抗即代表殘余阻抗Zs=Rs+jwLs,因?yàn)閅o被旁路。這樣,由于各殘余參數(shù)均已知,即可從下圖(d)所給出的公式計(jì)算DUT的阻抗Zdut。

開路短路法補(bǔ)償.jpg

圖28 開路/短路法補(bǔ)償

3.3.3 開路、短路和負(fù)載補(bǔ)償

有很多測(cè)量條件,復(fù)雜的殘余參數(shù)不能按上圖所示的簡(jiǎn)單等效電路建模。開路/短路/負(fù)載補(bǔ)償是一種適用于復(fù)雜殘余電路的先進(jìn)補(bǔ)償技術(shù)。為進(jìn)行開路/短路/負(fù)載補(bǔ)償,在測(cè)量DUT前先要進(jìn)行3項(xiàng)測(cè)量,即把測(cè)試夾具端開路、短路,以及連接基準(zhǔn)DUT(負(fù)載)。在進(jìn)行DUT測(cè)量時(shí),就可在計(jì)算中使用這些得到的測(cè)量結(jié)果(數(shù)據(jù))。如下圖所示,開路/短路/負(fù)載補(bǔ)償所建立的測(cè)試夾具殘余阻抗模型是用ABCD參數(shù)表示的4端網(wǎng)絡(luò)電路。如果這3項(xiàng)已知,并且該4端網(wǎng)絡(luò)電路時(shí)線性電路,那么就能知道每一個(gè)參數(shù)。

在下述情況下應(yīng)使用開路/短路/負(fù)載補(bǔ)償:

接有附加的無(wú)源電路或元件(例如外部DC偏置電路,平衡-不平衡變壓器,衰減器和濾波器)。

使用掃描器,多路轉(zhuǎn)換器或矩陣開關(guān)。

使用非標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的測(cè)試電纜,或由標(biāo)準(zhǔn)安捷倫測(cè)試電纜擴(kuò)展4TP電纜。

用放大器增強(qiáng)測(cè)試信號(hào)。

使用元件插裝機(jī)。

使用用戶制作的測(cè)試夾具。

在上面所列的情況下,開路/短路補(bǔ)償將不能滿足要求,測(cè)量結(jié)果會(huì)有相當(dāng)大的誤差。

開路短路負(fù)載補(bǔ)償.jpg

圖29 開路/短路/負(fù)載補(bǔ)償

3.4 接觸電阻產(chǎn)生的誤差

DUT電極與測(cè)試夾具或測(cè)試臺(tái)電極間所存在的任何接觸電阻都會(huì)造成測(cè)試誤差。DUT的2端或4端連接方式的接觸電阻影響有所不同。在2端連接的情況下,接觸電阻以串聯(lián)方式疊加到DUT阻抗,造成D(耗散因數(shù))讀數(shù)的正誤差。在4端口連接的情況下,存在如下圖(b)所示的接觸電阻Rhc、Rhp、Rlc和Rlp。不同端子的接觸電阻影響也有所不同。Rhc減小施加于DUT的測(cè)試信號(hào)電平,但它不直接產(chǎn)生測(cè)量誤差。Rlp可能造成自動(dòng)平衡電橋的不平衡,但通常可忽略這一影響。Rhp和Chp構(gòu)成低通濾波器,它會(huì)造成Hp輸入信號(hào)的衰減和相移,從而產(chǎn)生測(cè)量誤差。

接觸電阻產(chǎn)生的誤差.jpg

圖30 接觸電阻產(chǎn)生的誤差

3.5 測(cè)量電纜擴(kuò)展引入的誤差

從儀器擴(kuò)展的4TP測(cè)量電纜將會(huì)按擴(kuò)展電纜的長(zhǎng)度和測(cè)量頻率引入測(cè)量信號(hào)的幅度誤差和相移。電纜擴(kuò)展會(huì)帶來(lái)下面兩個(gè)問(wèn)題:

阻抗測(cè)量結(jié)果中的誤差;

電橋不平衡。

測(cè)量誤差主要由接到Hp和Lc端的電纜造成,如果電纜的長(zhǎng)度和傳播常數(shù)已知,儀器就可以對(duì)其補(bǔ)償。包括Rr、放大器和Lp及Lc電纜在內(nèi)的反饋回路相移會(huì)造成電橋的不平衡。但可在反饋電路內(nèi)部進(jìn)行相移補(bǔ)償。只有在較高的頻率區(qū)(通常高于100KHz),這兩個(gè)問(wèn)題才有重大影響,而且安捷倫阻抗測(cè)試儀器能補(bǔ)償安捷倫提供的電纜。在較低頻率區(qū),電纜的電容僅會(huì)使測(cè)量精度下降(不影響電橋平衡)。

電纜長(zhǎng)度補(bǔ)償用于長(zhǎng)度和傳播常數(shù)已知的測(cè)試電纜,比如安捷倫提供的1m(2m或4m)測(cè)試電纜。如果使用各種長(zhǎng)度不同類型電纜,除了測(cè)量誤差外,還可能造成電橋不平衡。

3.6并聯(lián)直通法的校準(zhǔn)和補(bǔ)償

用E5061B測(cè)試PDN的毫歐姆級(jí)阻抗,使用并聯(lián)直通法,也需要考慮校準(zhǔn)和補(bǔ)償。一般測(cè)試低頻時(shí),使用增益-相位測(cè)試端口,通常只有做直通校準(zhǔn)即可得到足夠的阻抗測(cè)試精度。測(cè)試高頻時(shí),使用S參數(shù)測(cè)試端口,這是可以使用SOLT校準(zhǔn),或SOLT校準(zhǔn)加上端口延伸,如果使用探針臺(tái),則可以用探針臺(tái)提供的校準(zhǔn)件,用SOLT直接校準(zhǔn)到探頭尖位置。

用于低阻抗測(cè)量的并聯(lián)直通法的校準(zhǔn)和補(bǔ)償.jpg

圖31 用于低阻抗測(cè)量的并聯(lián)直通法的校準(zhǔn)和補(bǔ)償

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