1.阻抗测试方法对比

自动平衡电桥技术在从毫欧姆到兆欧姆很宽的阻抗测量范围内有极高的测量精度,与之相适应的测量频率范围可以从几Hz到120 MHz。

IV和 RF-IV技术在从毫欧姆到兆欧姆的阻抗测量范围内的测量精度同样很好,与之相适应测量频率范围可以从 1MHz到3GHz左右。

网络分析法也就是传输/反射法,可以用于非常宽的频率范围,从5Hz到110GHz以上,测量50欧姆或75欧姆附近的阻抗值时,具有非常高的测量精度。也可以用于电源阻抗分析,测试毫欧姆级别的PDN阻抗测试。

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图1 阻抗测试方法对比
2.阻抗的参数定义

阻抗是表征电子器件特性的参数之一。阻抗 (Z)的定义是器件在给定的频率下对交流电流(AC)所起的阻碍作用。

阻抗通常用复数量(矢量)的形式来表示,可以把它画在极坐标上。坐标的第一和第二象限分别对应正的电感值和正的电容值; 第三和第四象限则代表负的电阻值。阻抗矢量由实部 (电阻—R)和虚部(电抗—X)组成。

电容 (C)和电感 (L)的值可从电阻(R)和电抗(X)值中推导出来。电抗的两种形式分别是感抗(XL)和容抗(XC)。

品质因数(Q)和损耗因数(D)也可从电阻和电抗的值中推导出来,这两个参数是表示电抗纯度的。当Q值偏大或D值偏小时,电路的质量更高。Q的定义是器件所储存的能量与其做消耗的能量的比值。D是Q的倒数。D和Q均属于无量纲的量。

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图2 阻抗的矢量表示
3.测试参数选择

如果一个测量结果显示为阻抗(Z)和相位(θ),那么被测器件的主要参数(R、C、L) 和其它所有寄生参数所表现出来的综合特性就体现在|Z|和θ的数值的大小上。

如果要想显示一个被测器件除阻抗和相角以外的其它参数,可以使用它的二元模型等效电路,如图3-1所示。在区分这些基于串联或并联电路模式的二元模型时,我们用脚注“p”代表并联模型,用“s”代表串联模型,例如Rp、Rs、Cp、Cs、Lp或Ls。

在现实世界中没有器件是纯粹的的电阻、纯粹的电容、纯粹的电感。任何常用的器件通常都会有一些寄生参数(例如由器件的引脚、材料等引起的寄生电阻、寄生电感和寄生电容)存在,表现器件主要特性的部分和寄生参数部分结合在一起会使一个简单的器件在实际工作中表现得就像一个复杂的电路一样。

现在的阻抗分析仪都带有等效电路分析的高级功能,可以用三元或四元电路模型的形式对测量结果进行进一步的分析。

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图3 阻抗参数等效模型
4.校准和补偿

进行校准的目的是给仪表定义一个能够保证测量精度的基准面。通常都是在仪表的测量端口上进行校准,在测量时用校准数据对原始数据进行修正。

采用自动平衡电桥技术的仪表在出厂时或是在维修中心都做过基础的校准,可以在一定时期内(通常为12个月),不论在测量中对仪表进行何种设置,测量结果都可以达到仪表指标规定的测量精度,操作人员使用这种仪表时是不需要进行校准操作的。

对不采用自动平衡电桥技术的仪表而言,在仪表初始化和设置好测量条件之后,使用一套校准件对仪表进行基础校准是必须的。

补偿不同于校准,补偿对提高测量精度的效果取决于仪器的校准精度,因此必须在校准完成之后再执行补偿的操作。

由测试夹具或适配器引起的测量误差可能会非常大,而总的测量精度是由仪器的精度和被测器件与校准面之间的误差源组成的。开路补偿可降低或消除杂散电容,而短路补偿可降低或消除测量夹具引起的能够导致误差增大的残留电阻和电感。

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图4 开路和短路补偿

通过电缆长度校正、端口扩展或电延迟,可将校准面扩展至测量电缆末端或夹具表面,这些种校正可降低或消除测量电路中的相移误差。

当需要把仪表的测量端口延伸使其远离校准面时,如图5所示,延长电缆的电气特征会影响总的测量性能。以下这些办法可以降低这些影响:


  • 尽量使用短的电缆来做测量端口的延伸。
  • 使用高度屏蔽的同轴电缆,以阻隔外部噪声产生的影响。
  • 尽量使用损耗非常小的同轴电缆,因为在扩展测量端口的操作中是假设不存在电缆损耗的,因此损耗最小的电缆可以避免测量精度的劣化。
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图5 阻抗端口延伸

5.夹具和连接器维护

高质量的电气连接能够确保进行精密的测量。每一次把被测器件与仪表或测量电缆、夹具进行连接时,接合面的特征都会随着连接的质量而有所不同,接合面的阻抗失配会影响测试信号的传播。

应当经常留意测试端口的接合表面、适配器、校准标准件、夹具连接器和测试夹具等的质量和状态。连接的质量取决于以下因素:


  • 连接的组成部分
  • 采用的技术
  • 经常进行高质量维护
  • 保证清洁度
  • 按照标准要求保存仪表和部件


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