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双线测量的简单偏移消除技术


  来源: 安聚科电子科技(深圳)有限公司 时间:2024-01-11 作者:Michael S.Obrecht
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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 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。

关键词:电感偏移 阻抗测量 电容测量    浏览量:4456

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