简单的偏移消除技术，用于小电容测量使用镊表

介绍

测量电容有三种主要方法可供选择:交流响应法、直流充放电法和电桥法。交流响应法和电桥法适用于 LCR 测量，而直流充放电法只适用于 RC 测量。

LCR-Reader-MPA 采用交流响应法和直流充放电法进行测量。对于电容范围在 1 mF 到 1 F 使用直流充放电方法更有效，而在 0.1 pF 到 1 mF 另一种方法可显示 0.1%的基本精度。

充放电方法使用已知的电流对电容器充放电，同时测量产生的电压的上升速率。电容值以上升速率为基础，上升速率越慢，电容越大。

交流响应方法通过设备传递已知的高频电流。从比率中记录产生的电压并计算阻抗的大小量。电压和电流之间的相位角，等效电容或电感可同时测量，并计算出电阻。

更复杂的测试设备使用其他方法，如电桥电路。该方法测量精度高，间接测量阻抗。电桥法还可以测量寄生电阻、电容和电感。这种方法是通过将元件放入电桥电路来实现的。另一条腿的值是变化的，通过这个来确定未知的阻抗值。

测量微小电容的方法综述发表在《测量微小电容变化的高精度方法》，Ashkan Ashrafi 和 Hossein Golnabi，《科学仪器评论》，第 70 卷第 8 期，1999 年 8 月。

图1

操作原理

LCR-Reader-MPA

图1 为 LCR 仪表方框图。电压源的电压通过一个限制100Ω 电阻应用到 DUT 连接点 a 和 b . V 测试信号的振幅和频率可调。也可以对被测工件施加正的或负的直流电压。

被测元件上的电压降由DAu 测量，电阻 Rj 上的电压降由 DAj 测量，与流经被测元件的电流成正比。对 ADC信号进行数字化后，根据公式 DUT 阻抗 Z =Rj* Vau/Vaj计算其阻抗。

用开短路探针校准时获得的阻抗(偏移量)的初始值存储在设备的存储器中，并在计算被测部件的阻抗时考虑，从而消除了由于设备内部寄生效应引起的偏移量。

被测元件可表示为以下等效电路之一:

(1) and (2): 交流测量串联电路 (3) and (4): 交流并联电路,(5,6,7) 二极管、电阻、电容的直流测量。

串联电路阻抗Z = Rs + iXs 并联电路阻抗 Z = 1/(1/Rp +1/iXp) 其中 Xs (Xp) < 0 如果电抗是电容性的，在 Xs(Xp) > 0 电抗是有感的。

参数的计算

电容C = 1/(2πf|Xs|) 其中 f 为测试频率。

电感L = Xs/(2πf). Q = |Xs|/Rs. D = 1/Q

当LCR-Reader-MPA 设置为自动模式时，它将选择最佳频率和等效电路进行测量。也可手动设定设备的具体测试参数;包括测量模式，测试信号的频率范围为 100 Hz 到 100kHz，并选择 1.0、0.5 和 0.1 Vrms 的测试电压。

MPA 使用通过被测元件的直流电流，允许测量电流和电压。使用 Ω 定律,计算直流电阻(RDC)。

电容是根据被测电容器在一定时间间隔充电时的电压变化和测量大于40mf 的元件时施加的电流来计算的。

为了确定p-n 结的极性，可以通过施加直流电压 n 向前和翻转方向，检测二极管来确定。

该装置通过比较输入信号和参考电压来测量电压。

频率计在一定时间内(即输入信号的两个斜坡之间)计算参考发生器的脉冲。:默认为 1 秒)。同时计算输入信号的周期数。然后由公式 f = M/N*f 计算频率 f。N 为参考发生器的脉冲数，f 为参考发生器的频率，M 为输入信号的周期数。

 

抵消消除技术

测试引线的寄生偏移量取决于它们之间的距离。电容偏置校准板是一种可靠的方法，可以准确地确定距离，从而确定寄生电阻。虚拟PCB 使用孔来表示不同尺寸的元件(图2)。该板可以用来确定 任何使用交流 响应 方法的镊表(Smart Tweezers, LCR-Reader 和其它镊表)的寄生电容。

图2

使用板，简单地把测试引线放入相同尺寸的孔作为被测试组件的尺寸。

用MPA 进行“开放校准”，按住操纵杆向右，发出哔哔声 2 声，然后松开。该装置将自动消除测量值中的寄生电容。下表显示了导线之间镊子的距离与寄生电容值的关系。所示的测量是在 100 千赫时进行的。开放式校准使用2920 大小的组件(尖端之间 7.4 毫米)，因此该组件的偏移量接近于零。注意，结果将略有不同，取决于因素，如周围的环境镊子和尖端之间的距离;即使使用固定的尺寸，施加在尖端的压力可能会改变距离。

用组件的具体尺寸对设备进行适当的开式校准后，组件值的绝对精度约为3 fF。

 

附录A

LCR-READER-MPA 基本功能和特点

特性总结

        • L-C-R-ESR 和 LED/二极管测量
        • 交流/直流电压/电流测量
        • 频率、脉冲周期、占空比表
        • 示波器、信号发生器
        • NIST 可追溯校准证书
        • 开/短路校准
        • 元器件分类
        • 超级电容器测试
        • 可选蓝牙模块

技术参数

        基本精度: 0.1%
        测试频率: 100 Hz - 100 kHz
        测试信号电平: 0.1, 0.5, 1.0 Vrms

测量范围

        电阻 R: 5 mW to 20 MW
        电容 C: 0.1 pF to 1 F
        电感 L: 1 nH to 100 H

物流参数

        尺寸: 18 x 3 x 1.6 cm
        重量: 1.35 oz.
        电池: 3.7V LiPo

附录B

LCR-READER-MPA R-L-C-D 模式屏幕截图
 

R-L-C-D 模式是默认的器件模式，用于测量电阻、电容、电感和二极管。要选择模式，请在主菜单中选择 R-L-CD。为了访问模式参数(隐藏的子菜单)，将操纵杆向右按一声。

R-L-C-D 模式的典型屏幕如下:

 

关键词:测量 电子测量仪器

浏览量：6847

来 源：安聚科电子科技（深圳）有限公司

编辑：流川

声明：凡本网注明"  来源：仪商网"的所有作品，版权均属于仪商网，未经本网授权不得转载、摘编使用。
经本网授权使用，并注明"来源：仪商网"。违反上述声明者，本网将追究其相关法律责任。
本网转载并注明自其它来源的作品，归原版权所有人所有。目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性，不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如有作品的内容、版权以及其它问题的，请在作品发表之日起一周内与本网联系，否则视为放弃相关权利。
本网转载自其它媒体或授权刊载，如有作品内容、版权以及其它问题的，请联系我们。相关合作、投稿、转载授权等事宜，请联系本网。
QQ：2268148259、3050252122。