双线测量的简单偏移消除技术
Michael S.Obrecht
使用测试频率为10 kHz或更低的传统LCR表来测量小型电感器和电容器是一项挑战。 频率为10 kHz时，使用10 nH的电感器，阻抗仅为 6 mOhms，与探头的电阻相当。频率为 100 kHz 时，阻抗增加 到 60 mOhms。另一方面，频率为 10 kHz 时，1 pF 的电容器 会导致 15 毫欧的阻抗，这使得探头之间的电容连接变得明显，并影响阻抗的测量。本文介绍了两个案例研究：使用 HP4284A LCR 表和 HP16034E 测试夹具提取双线探头的寄生电感，以及使用 LCR-Reader-R2提取寄生电容。通过这种方法，可以使用低于 300 kHz 的测试频率精 确测量次nH电感器和次pF电容器。
工作动力
我们开发和制造高精度低频LCR镊子测试表，如LCR-Reader-R2 [1]和类似产品。它们通常使用10至100 kHz或更低的测试频率，这使得测量小型电感器和电容器非常困难。我们还需要在nH范围内校准元件，用于校准我们的设备。因此，我们尝试使用HP5284A台式万用表来测量小型电感器和电容器，但在测量低于10 nH的电感和低于1pF的电容时，我们遇到了严重的问题，因此我们想到了下面描述的校准程序。由于无法获得电感值较小的大尺寸元件（大于1008），我们采用了另一种方法，即用所需尺寸的铜线制作电感器。对于这些电感器，我们使用理论电感估计值作为标称电感值。
阻抗测量方法
测量阻抗的方法有多种，各有利弊。这些方法在文章中有描述，如[2]可基本上分为三组：电流和电压法，差分/电桥法以及共振法。
电流和电压法，和响应法是广泛使用的方法。包括将已知的高频交流电流通过元件，并测量其两端产生的电压。然后就可以根据电压和电流的比值计算出阻抗的大小。此外，还可以测量电压和电流的相位角，结合阻抗，从而确定等效电容或电感，电阻。
电流和电压法的主要优点是这是一种直接的方法，不需要任何参考组件。它的实现也相对简单，并且可以可用于测量宽范围的阻抗值。然而，这种方法对测量电路中杂散的电容和电阻的寄生效应很敏感，可能导致测量误差。此外，由于趋肤效应和邻近效应的影响，很难在高频率下实现精准的测量。
另一方面，差分/电桥方法可以通过补偿寄生效应提供更高精度，并且可以用于测量低阻抗值。然而，他们需要使用参考组件，这些组件可以添加到测量设置的复杂性。
共振法通常用于测量电感值，因为它们基于连接到已知电容的电感器的频率共振的测量。与电流和电压方法相比，这种方法对寄生效应的敏感性较低，但在高频下很难实现准确的测量。
总之，每种阻抗测量方法都有其优缺点，方法的选择取决于测量应用的具体要求。
我们将讨论最常用的电流电压法和响应法，这是一种广泛使用的阻抗测量技术。它包括将已知的高频交流电流通过元件，并记录元件两端产生的电压。然后就可以根据这些值的比率来计算阻抗。此外，还可以测量电压和电流之间的相位角，结合阻抗确定等效电容或电感以及电阻。
测量过程
该方法的总体思想是提取特定几何形状的夹具寄生阻抗，即测试探针之间的距离。这个阻抗显然是距离的函数，并且必须针对每个组件大小提取。当我们测量一组小组件时，无论是电容还是电感，由于可以提取并用于获得实际组件值的寄生偏移，测量值都会偏离标称值。
为了校准我们的夹具，我们需要已知的具有小公差的小值部件，这些部件可用于0603尺寸以下的较小尺寸部件。对于较大尺寸的电感器，我们主要依赖手工制作的单线电感器。这些电感器的值可以在理论上估算出合理的精确度。
图1。（a） LCR-Reader-R2。（b） 电容偏移校准板
电容测量的开放式校准
我们使用Siborg Systems有限公司设计和制造的LCR-meter说明了这一技术。所有测量都使用最新型号的LCR-Reader-R2进行。该设备由一套带镀金测试导线的镊子，高精度LCR表和一个显示器，是一款轻便的手持设备。该设备如图1所示，每个镊子手柄内都有屏蔽的双线连接器，与测试导线连接。
