雙線測(cè)量的簡(jiǎn)單偏移消除技術(shù)

Michael S.Obrecht

使用測(cè)試頻率為10 kHz或更低的傳統(tǒng)LCR表來測(cè)量小型電感器和電容器是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。 頻率為10 kHz時(shí)，使用10 nH的電感器，阻抗僅為 6 mOhms，與探頭的電阻相當(dāng)。頻率為 100 kHz 時(shí)，阻抗增加 到 60 mOhms。另一方面，頻率為 10 kHz 時(shí)，1 pF 的電容器 會(huì)導(dǎo)致 15 毫歐的阻抗，這使得探頭之間的電容連接變得明顯，并影響阻抗的測(cè)量。本文介紹了兩個(gè)案例研究：使用 HP4284A LCR 表和 HP16034E 測(cè)試夾具提取雙線探頭的寄生電感，以及使用 LCR-Reader-R2提取寄生電容。通過這種方法，可以使用低于 300 kHz 的測(cè)試頻率精 確測(cè)量次nH電感器和次pF電容器。

工作動(dòng)力 

我們開發(fā)和制造高精度低頻LCR鑷子測(cè)試表，如LCR-Reader-R2 [1]和類似產(chǎn)品。它們通常使用10至100 kHz或更低的測(cè)試頻率，這使得測(cè)量小型電感器和電容器非常困難。我們還需要在nH范圍內(nèi)校準(zhǔn)元件，用于校準(zhǔn)我們的設(shè)備。因此，我們嘗試使用HP5284A臺(tái)式萬用表來測(cè)量小型電感器和電容器，但在測(cè)量低于10 nH的電感和低于1pF的電容時(shí)，我們遇到了嚴(yán)重的問題，因此我們想到了下面描述的校準(zhǔn)程序。由于無法獲得電感值較小的大尺寸元件（大于1008），我們采用了另一種方法，即用所需尺寸的銅線制作電感器。對(duì)于這些電感器，我們使用理論電感估計(jì)值作為標(biāo)稱電感值。

阻抗測(cè)量方法

測(cè)量阻抗的方法有多種，各有利弊。這些方法在文章中有描述，如[2]可基本上分為三組：電流和電壓法，差分/電橋法以及共振法。

電流和電壓法，和響應(yīng)法是廣泛使用的方法。包括將已知的高頻交流電流通過元件，并測(cè)量其兩端產(chǎn)生的電壓。然后就可以根據(jù)電壓和電流的比值計(jì)算出阻抗的大小。此外，還可以測(cè)量電壓和電流的相位角，結(jié)合阻抗，從而確定等效電容或電感，電阻。

電流和電壓法的主要優(yōu)點(diǎn)是這是一種直接的方法，不需要任何參考組件。它的實(shí)現(xiàn)也相對(duì)簡(jiǎn)單，并且可以可用于測(cè)量寬范圍的阻抗值。然而，這種方法對(duì)測(cè)量電路中雜散的電容和電阻的寄生效應(yīng)很敏感，可能導(dǎo)致測(cè)量誤差。此外，由于趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響，很難在高頻率下實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的測(cè)量。

另一方面，差分/電橋方法可以通過補(bǔ)償寄生效應(yīng)提供更高精度，并且可以用于測(cè)量低阻抗值。然而，他們需要使用參考組件，這些組件可以添加到測(cè)量設(shè)置的復(fù)雜性。

共振法通常用于測(cè)量電感值，因?yàn)樗鼈兓谶B接到已知電容的電感器的頻率共振的測(cè)量。與電流和電壓方法相比，這種方法對(duì)寄生效應(yīng)的敏感性較低，但在高頻下很難實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測(cè)量。

總之，每種阻抗測(cè)量方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，方法的選擇取決于測(cè)量應(yīng)用的具體要求。

我們將討論最常用的電流電壓法和響應(yīng)法，這是一種廣泛使用的阻抗測(cè)量技術(shù)。它包括將已知的高頻交流電流通過元件，并記錄元件兩端產(chǎn)生的電壓。然后就可以根據(jù)這些值的比率來計(jì)算阻抗。此外，還可以測(cè)量電壓和電流之間的相位角，結(jié)合阻抗確定等效電容或電感以及電阻。

測(cè)量過程

該方法的總體思想是提取特定幾何形狀的夾具寄生阻抗，即測(cè)試探針之間的距離。這個(gè)阻抗顯然是距離的函數(shù)，并且必須針對(duì)每個(gè)組件大小提取。當(dāng)我們測(cè)量一組小組件時(shí)，無論是電容還是電感，由于可以提取并用于獲得實(shí)際組件值的寄生偏移，測(cè)量值都會(huì)偏離標(biāo)稱值。

為了校準(zhǔn)我們的夾具，我們需要已知的具有小公差的小值部件，這些部件可用于0603尺寸以下的較小尺寸部件。對(duì)于較大尺寸的電感器，我們主要依賴手工制作的單線電感器。這些電感器的值可以在理論上估算出合理的精確度。

圖1。（a） LCR-Reader-R2。（b） 電容偏移校準(zhǔn)板

電容測(cè)量的開放式校準(zhǔn)

我們使用Siborg Systems有限公司設(shè)計(jì)和制造的LCR-meter說明了這一技術(shù)。所有測(cè)量都使用最新型號(hào)的LCR-Reader-R2進(jìn)行。該設(shè)備由一套帶鍍金測(cè)試導(dǎo)線的鑷子，高精度LCR表和一個(gè)顯示器，是一款輕便的手持設(shè)備。該設(shè)備如圖1所示，每個(gè)鑷子手柄內(nèi)都有屏蔽的雙線連接器，與測(cè)試導(dǎo)線連接。