非常詳細(xì)的阻抗測(cè)試基礎(chǔ)知識(shí)

一、阻抗測(cè)試基本概念

阻抗定義：

阻抗是元器件或電路對(duì)周期的交流信號(hào)的總的反作用。

AC 交流測(cè)試信號(hào) (幅度和頻率)。

包括實(shí)部和虛部。

圖1 阻抗的定義

阻抗是評(píng)測(cè)電路、元件以及制作元件材料的重要參數(shù)。 那么什么是阻抗呢？ 讓我們先來(lái)看一下阻抗的定義。

首先阻抗是一個(gè)矢量。

通常，阻抗是指器件或電路對(duì)流經(jīng)它的給定頻率的交流電流的抵抗能力。 它用矢量平面上的復(fù)數(shù)表示。 一個(gè)阻抗矢量包括實(shí)部（電阻R）和虛部（電抗X）。 如圖11-1所示，阻抗在直角坐標(biāo)系中用Z=R+jX表示。 那么在極坐標(biāo)系中，阻抗可以用幅度和相角表示。 直角坐標(biāo)系中的實(shí)部和虛部可以通過(guò)數(shù)學(xué)換算成極坐標(biāo)系中的幅度和相位。

其次，要記住阻抗的單位是歐姆。 另外，要思考一下我們所熟知的電阻（R）、電感(L)和電容（C）分別對(duì)應(yīng)由于復(fù)阻抗平面中的位置。

圖2 阻抗的公式

什么是導(dǎo)納呢？

導(dǎo)納是阻抗的倒數(shù)，它也可以可以表述為實(shí)部（G電導(dǎo)）和虛部（電納），其單位是西門(mén)子。

圖3 導(dǎo)納的公式

為什么要有阻抗和導(dǎo)納兩種表述方式呢？ 主要是為了非常簡(jiǎn)單的表述兩種常用串連和并聯(lián)連接方式。 對(duì)于電阻和電抗串聯(lián)連接時(shí)，采用阻抗的表述非常簡(jiǎn)單易用。 但是對(duì)于電阻和電抗并聯(lián)連接時(shí)，阻抗的表述非常復(fù)雜，這時(shí)候，采用導(dǎo)納就非常簡(jiǎn)單易用了。

圖4 阻抗和導(dǎo)納的關(guān)系

阻抗同電感L和電容C的關(guān)系：

電抗有兩種形式——感抗(XL)和容抗(XC)。 電感對(duì)應(yīng)的是感抗，電容對(duì)應(yīng)的是容抗。 對(duì)于理想的電感和電容，它們分別和感抗、容抗之間滿(mǎn)足正比和反比的關(guān)系。

按照定義，

XL=2pfL=wL

XC= 1/2pfC=1/wC

f是交流信號(hào)的頻率， L 是電感，C是電容。 電感的單位時(shí)亨，電容的單位是法。

w為角速度， w= 2pf。

圖5 阻抗同電容/電感的關(guān)系

如果將電感的阻抗Vs頻率圖也畫(huà)在同一個(gè)阻抗圖中，不難發(fā)現(xiàn)，電感的阻抗隨頻率增加而增加，電容的阻抗隨頻率的增加而減小。 即便是理想的電感或電容，它們的阻抗也隨入射交流信號(hào)的頻率不同而改變。

品質(zhì)因子Q和損耗因子 D：

品質(zhì)因子Q是衡量電抗（同時(shí)也是電納）純度的指標(biāo)。 換句話(huà)說(shuō)，品質(zhì)因子Q是表明器件接近純電抗的程度，品質(zhì)因子越大，說(shuō)明電抗的絕對(duì)值越大，反過(guò)來(lái)說(shuō)，也就是說(shuō)明器件的電阻越小。

實(shí)際上，器件阻抗中的實(shí)數(shù)部分，即電阻的大小表明能量在經(jīng)過(guò)器件傳輸后，能量的損耗大小。 因此，從上面的公式中可以看到，品質(zhì)因子表明器件能量的損耗程度。

品質(zhì)因數(shù)(Q)是電抗純度的度量(即與純電抗，也就是與沒(méi)有電阻的接近程度)，定義為元件中存儲(chǔ)能量與該元件損耗能量之比。

Q是無(wú)量綱單位，表達(dá)式為Q=X/R=B/G。 您可從圖6看到Q是q角的正切。

Q一般適用于電感器，對(duì)于電容器來(lái)說(shuō)，表示純度的這一項(xiàng)通常用耗散因素(D)表示。 耗散因素是Q的倒數(shù)，它也是q補(bǔ)角的正切，圖6中示出了d角。

圖6 品質(zhì)因子和損耗因子

實(shí)際電容模型：

讓我們來(lái)仔細(xì)研究真實(shí)的電容器件。 首先我們要清楚，不同的材料和制造技術(shù)會(huì)造成不同大小的寄生參數(shù)。 器件的引線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生不希望的串聯(lián)電阻和電感，器件的兩端會(huì)存在寄生的并聯(lián)電阻和寄生電容。 以致影響到元件的可使用性，以及所能確定電阻、電容或電感量值的準(zhǔn)確程度。

一個(gè)真實(shí)世界的元件包含許多寄生參數(shù)。 作為元件主要參數(shù)和寄生參數(shù)的組合，如上圖所示，一個(gè)元件就好比是一個(gè)復(fù)雜的電路。

圖7 實(shí)際的電容模型

為什么要測(cè)試阻抗?

元件的阻抗受很多因素影響

頻率

測(cè)試信號(hào)

直流偏置

溫度

其他

由于存在寄生參數(shù)，因此頻率對(duì)所有實(shí)際元件都有影響。 并非所有的寄生參數(shù)都會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，但正是某些主要的寄生參數(shù)確定了元件的頻率特性。 當(dāng)主要元件的阻抗值不同時(shí)，主要的寄生參數(shù)也會(huì)有所不同。 圖8至圖10示出實(shí)際的電阻器、電感器和電容器的典型頻率響應(yīng)。

圖8 頻率對(duì)電阻阻抗的影響

圖9 頻率對(duì)電感阻抗的影響

圖10 頻率對(duì)電容阻抗的影響

交流信號(hào)電平的影響（電容）：

與交流電壓有關(guān)的SMD 電容（具有不同的介電常數(shù), K） 受交流測(cè)試電壓的影響如圖11所示。

圖11 電容受交流測(cè)試電壓的影響

磁芯電感器受線(xiàn)圈材料的電磁回滯特性影響，線(xiàn)圈電感的感值會(huì)隨著測(cè)試信號(hào)電流變化而變化，如圖12所示。

圖12 磁芯電感器受交流測(cè)試電流的影響

直流偏置也會(huì)改變器件的特性。 大家都知道直流偏置會(huì)影響半導(dǎo)體器件（比如二極管和晶體管以及其他被動(dòng)器件/無(wú)源器件）的特性。 對(duì)于具有高介電常數(shù)材料制成的電容來(lái)說(shuō)，器件上所加的直流偏置電壓越高，電容的變化越大。

圖13 陶瓷電容受直流偏置電平的影響

對(duì)于磁芯電感器，電感隨流過(guò)線(xiàn)圈的直流變化而變化，這主要應(yīng)歸于線(xiàn)圈材料的磁通飽和特性。

現(xiàn)在，開(kāi)關(guān)電源非常普遍。 電力電感通常用于濾波由于高電流開(kāi)關(guān)的射頻干擾和噪聲。 為了保持好的濾波特性，減小大電流的紋波，電力電感必須在工作條件下測(cè)量其特性，以保證電感的滾將特性不影響其工作特性。

圖14 磁芯電感器受直流偏置電流的影響

大多數(shù)器件都容易受溫度影響。 對(duì)于電阻、電感和電容，溫度特性是非常重要的規(guī)范參數(shù)。 下圖曲線(xiàn)表示不同介電常數(shù)的陶瓷電容與溫度的相關(guān)性。

圖15 陶瓷電容受溫度的影響

二、阻抗測(cè)量方法和原理

阻抗測(cè)量有多種可選擇的方法，每種方法都有各自得優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。 需要首先考慮測(cè)量的要求和條件，然后選擇最合適的方法。 需要考慮的因素包括頻率覆蓋范圍、測(cè)量量程、測(cè)量精度和操作的方便性。 沒(méi)有一種方法能夠包括所有的測(cè)量能力，因而在選擇測(cè)量方法時(shí)需要折中考慮。 下面針對(duì)高速數(shù)字電路的特性，重點(diǎn)介紹三種方法。 如果只考慮測(cè)量精度和操作方便性，自動(dòng)平衡電橋法師直至110MHz頻率的最佳選擇。 對(duì)于100MHz至3GHz的測(cè)量，射頻I-V法有最好的測(cè)量能力，其他則推薦采用網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)。

2.1 自動(dòng)平衡電橋法

流過(guò)DUT的電流也流過(guò)電阻器Rr。 “L”點(diǎn)的電位保持為0V（從而稱(chēng)為“虛地”）。 I-V轉(zhuǎn)換放大器使Rr上的電流與DUT的電流保持平衡。 測(cè)量高端電壓和Rr上的電壓，即可計(jì)算出DUT的阻抗值。

各類(lèi)儀器自動(dòng)平衡電橋的實(shí)際配置會(huì)有所不同。 常規(guī)LCR表的低頻范圍一般低于100KHz，可使用簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大器作為它的I-V轉(zhuǎn)換器。 由于受到放大器性能的限制，這類(lèi)儀器在高頻時(shí)的精度較差。 寬帶LCR表和阻抗分析儀所使用的I-V轉(zhuǎn)換器包括復(fù)雜的檢波器、積分器和矢量調(diào)制器，以保證在1MHz以上寬頻率范圍內(nèi)的高精度。 這類(lèi)儀器能達(dá)到110MHz的最高頻率。

圖16 自動(dòng)平衡電橋法原理

自動(dòng)平衡電橋法優(yōu)缺點(diǎn)：

最準(zhǔn)確, 基本測(cè)試精度 0.05%

最寬的阻抗測(cè)量范圍: C, L, D, Q, R, X, G, B, Z, Y, O, ...

最寬的電學(xué)測(cè)試條件范圍

簡(jiǎn)單易用

低頻, f < 110MHz

2.2 射頻I-V法

射頻I-V法用阻抗匹配測(cè)量電路（50歐姆）和精密同軸測(cè)試端口實(shí)現(xiàn)不同配置，能在較高頻率下工作。 有兩種放置電壓表和電流表的方法，以分別適應(yīng)低阻抗和高阻抗的測(cè)量。 如圖所示，被測(cè)器件（DUT）的阻抗由電壓和電流測(cè)量值導(dǎo)出，流過(guò)DUT的電流由已知阻值的低阻電阻器R上的電壓經(jīng)計(jì)算得到。 在實(shí)際測(cè)量中，電阻器R處放置低損耗互感器，但該互感器也限制了可應(yīng)用頻率范圍的低端。

圖17 射頻I-V法

RF I-V 法優(yōu)缺點(diǎn)

寬的/高頻范圍, 1MHz < f< 3GHz

好的測(cè)試精度, 基本測(cè)試精度 0.8%

寬的阻抗測(cè)量范圍, 100m – 50KW @ 10%accuracy

100MHz最準(zhǔn)確的測(cè)試方法

接地器件測(cè)試

2.3 網(wǎng)絡(luò)分法

通過(guò)測(cè)量注入信號(hào)與反射信號(hào)之比得到反射系數(shù)。 用定向耦合器或電橋檢測(cè)反射信號(hào)，并用網(wǎng)絡(luò)分析儀提供和測(cè)量該信號(hào)。 由于這種方法測(cè)量的是在DUT上的反射，因而能用于較高的頻率范圍。

圖18 網(wǎng)絡(luò)分析法

根據(jù)實(shí)際的測(cè)量需求，網(wǎng)絡(luò)分析法又延伸出幾個(gè)方法，以提高測(cè)試的阻抗范圍。

2.3.1 反射法

這是最典型的網(wǎng)絡(luò)分析法，通過(guò)測(cè)試S11，來(lái)測(cè)試阻抗，公式如下：

ZDUT=50（1+S11）/（1-S11）

對(duì)于E5061B網(wǎng)絡(luò)分析儀：

頻率范圍可測(cè)：5Hz到3GHz

10%精度阻抗范圍：1歐姆~2K歐姆

可利用7mm類(lèi)型系列測(cè)試夾具

2.3.2 串聯(lián)直通法

如圖所示，串聯(lián)直通法通過(guò)串接方式連接測(cè)量DUT。 對(duì)于E5061B，增益-相位測(cè)試端口和S參數(shù)測(cè)試端口都能使用串聯(lián)直通法。 相比來(lái)說(shuō)，增益-相位測(cè)試端口更加方便，因?yàn)?端接類(lèi)型的器件測(cè)試夾具能夠直接連接到增益-相位測(cè)試端口。 但是最高頻率范圍僅到30MHz。 如果想測(cè)試更高頻率，可以使用S參數(shù)測(cè)試端口。 但是，當(dāng)頻率達(dá)到幾百兆后，消除串聯(lián)直通測(cè)試夾具帶來(lái)的誤差是比較困難。 因此實(shí)際頻率限制大概在200MHz或300MHz。

對(duì)于E5061B網(wǎng)絡(luò)分析儀：

頻率范圍可測(cè)：5Hz到30MHz（增益-相位測(cè)試端口）

5Hz到幾百兆Hz（S參數(shù)測(cè)試端口）

10%精度阻抗測(cè)量范圍：5歐姆到20K歐姆

可利用測(cè)試夾具（增益-相位測(cè)試端口）

不適用于接到DUT的測(cè)量

圖19 串聯(lián)直通法

2.3.3 并聯(lián)直通法

如圖所示，并聯(lián)直通法通過(guò)并聯(lián)DUT測(cè)試阻抗。 這個(gè)方法非常適合測(cè)量低阻抗器件，可小達(dá)1m歐姆。 增益-相位測(cè)試端口和S參數(shù)測(cè)試端口都可以使用并聯(lián)直通法。 對(duì)于超過(guò)30MHz的頻率范圍，使用S參數(shù)測(cè)試端口進(jìn)行并聯(lián)直通測(cè)試。 但是，對(duì)于低于100KHz，推薦使用增益-相位測(cè)試端口進(jìn)行阻抗測(cè)量，因?yàn)樵鲂?相位測(cè)試端口使用了半浮地的設(shè)計(jì)方法，這個(gè)方法可以消除由于回流電流在測(cè)試電纜屏蔽層所形成的電阻誤差，這樣可以在低頻范圍內(nèi)容易地和精確地測(cè)量非常低的阻抗。

對(duì)于E5061B網(wǎng)絡(luò)分析儀：

頻率范圍：5Hz到30MHz（增益-相位測(cè)試口），5Hz到3GHz（S參數(shù)測(cè)試口1-2）

10%精度阻抗測(cè)量范圍：1m歐姆到5歐姆（比阻抗分析儀更高的測(cè)量靈敏度）

使用自制測(cè)試夾具或RF探頭

圖20 并聯(lián)直通法

2.4 典型阻抗測(cè)量?jī)x器

業(yè)界最典型的3個(gè)阻抗測(cè)量?jī)x器是：4294A，E4991A，E5061B。 它們的特征如下：

4294A精密阻抗分析儀：

測(cè)量頻率范圍從 40 Hz 到 110 MHz

基本測(cè)量精度為 ±0.08%

業(yè)內(nèi)最高性能的阻抗測(cè)量和分析儀

E4991A 射頻阻抗/材料測(cè)量分析儀：

測(cè)量頻率范圍從 1 MHz 到 3GHz

基本測(cè)量精度為 ±0.8%

材料測(cè)量功能可以測(cè)量介電常數(shù)和導(dǎo)磁率（配置選件 002）

E5061B矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀

在 S 參數(shù)測(cè)量端口上的測(cè)量頻率范圍：從 5 Hz 到 3 GHz

在增益-相位測(cè)量端口上的測(cè)量頻率范圍：從 5 Hz 到 30 MHz

基本測(cè)量精度為 ±2%

PDN （Power Distribution Network ——供電分配網(wǎng)絡(luò)）的毫歐量級(jí)的阻抗值測(cè)試（旁路電容器，開(kāi)關(guān)電源（DC-DC 變換器）的輸出阻抗，PCB 板的阻抗等)

當(dāng)測(cè)量精度為10% 時(shí)，各種儀表的阻抗測(cè)量范圍的比較。

圖24 三種典型儀器的阻抗測(cè)量范圍比較

三、測(cè)試誤差及校準(zhǔn)和補(bǔ)償

3.1 測(cè)量誤差

對(duì)于真實(shí)世界的測(cè)量，我們必須認(rèn)為在測(cè)量結(jié)果中包含誤差。 常見(jiàn)的誤差源有：

儀器的不精確性（包括DC偏置的不精確和OSC電平的不精確）

測(cè)試夾具和電纜中的殘余參數(shù)

噪聲

這里沒(méi)有列出DUT的寄生參數(shù)，因?yàn)镈UT的寄生參數(shù)是DUT的一部分，我們需要測(cè)量包括其寄生參數(shù)在內(nèi)的DUT阻抗。 在所列誤差源中，如果測(cè)試夾具和測(cè)試電纜的殘余阻抗恒定而穩(wěn)定，就可對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。

3.2 校準(zhǔn)

校準(zhǔn)由“校準(zhǔn)平面”定義，在這一校準(zhǔn)平面上能得到規(guī)定的測(cè)量精度。 為校準(zhǔn)儀器，在校準(zhǔn)平面上連接“標(biāo)準(zhǔn)器件”，然后通過(guò)調(diào)整儀器（通過(guò)計(jì)算/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)），使測(cè)量結(jié)果在規(guī)定的精度范圍內(nèi)。

圖25 校準(zhǔn)及其校準(zhǔn)平面

自動(dòng)平衡電橋儀器的校準(zhǔn)平面是未知的BNC連接器。 執(zhí)行電纜長(zhǎng)度校準(zhǔn)后，校準(zhǔn)平面移到測(cè)試電纜的頂端。 自動(dòng)平衡電橋儀器的校準(zhǔn)通常是為了運(yùn)行和維護(hù)，為了維持儀器在規(guī)范的精度內(nèi)，應(yīng)該周期的進(jìn)行校準(zhǔn)（典型是一年一次）。

射頻I-V儀器在每次開(kāi)機(jī)或改變頻率設(shè)置時(shí)都要求校準(zhǔn)。 因?yàn)楦哳l時(shí)，周邊溫度、濕度、頻率設(shè)置等對(duì)測(cè)量精度都有比較大的影響。 需要使用開(kāi)路、短路和標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載（低損耗電容有時(shí)也要求）進(jìn)行校準(zhǔn)。 校準(zhǔn)平面在連接校準(zhǔn)件的連接器的位置。

圖26 射頻I-V儀器的校準(zhǔn)方法和校準(zhǔn)平面

3.3補(bǔ)償

補(bǔ)償能減小DUT與儀器校準(zhǔn)平面間誤差源的影響。 但補(bǔ)償不能完全消除誤差，補(bǔ)償后得到的測(cè)量精度也達(dá)不到“校準(zhǔn)平面”上得到的精度。 補(bǔ)償與校準(zhǔn)不同，它也不能代替校準(zhǔn)，因此必須在完成校準(zhǔn)后再進(jìn)行補(bǔ)償。 補(bǔ)償能有效改進(jìn)儀器的測(cè)量精度。 下面介紹3種常見(jiàn)的補(bǔ)償技術(shù)。

3.3.1 偏移補(bǔ)償

當(dāng)測(cè)量?jī)H受單一殘余成分的影響時(shí)，只需由測(cè)量值減去誤差值，即可得到有效值。 如下圖所示的低值電容測(cè)量的情況，與DUT電容Cx并聯(lián)的雜散電容Co對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響最大，可通過(guò)從測(cè)量值Cm減去雜散電容值進(jìn)行補(bǔ)償。 雜散電容值可從測(cè)量端開(kāi)路時(shí)獲得。

圖27 偏移補(bǔ)償

3.3.2 開(kāi)路和短路補(bǔ)償

開(kāi)路和短路補(bǔ)償是當(dāng)前阻抗測(cè)量?jī)x器最常用的補(bǔ)償技術(shù)。 這種方法假定測(cè)試夾具的殘余參數(shù)可以用簡(jiǎn)單的L/R/C/G電路表示，如下圖（a）所示。 當(dāng)未知端開(kāi)路，如下圖（b）所示時(shí)，把所測(cè)雜散導(dǎo)納Go+jwCo作為Yo，因?yàn)闅堄嘧杩筞s可以忽略。 當(dāng)未知端短路，如下圖（c）所示時(shí)，所測(cè)阻抗即代表殘余阻抗Zs=Rs+jwLs，因?yàn)閅o被旁路。 這樣，由于各殘余參數(shù)均已知，即可從下圖（d）所給出的公式計(jì)算DUT的阻抗Zdut。

圖28 開(kāi)路/短路法補(bǔ)償

3.3.4 開(kāi)路、短路和負(fù)載補(bǔ)償

有很多測(cè)量條件，復(fù)雜的殘余參數(shù)不能按上圖所示的簡(jiǎn)單等效電路建模。 開(kāi)路/短路/負(fù)載補(bǔ)償是一種適用于復(fù)雜殘余電路的先進(jìn)補(bǔ)償技術(shù)。 為進(jìn)行開(kāi)路/短路/負(fù)載補(bǔ)償，在測(cè)量DUT前先要進(jìn)行3項(xiàng)測(cè)量，即把測(cè)試夾具端開(kāi)路、短路，以及連接基準(zhǔn)DUT（負(fù)載）。 在進(jìn)行DUT測(cè)量時(shí)，就可在計(jì)算中使用這些得到的測(cè)量結(jié)果（數(shù)據(jù)）。 如下圖所示，開(kāi)路/短路/負(fù)載補(bǔ)償所建立的測(cè)試夾具殘余阻抗模型是用ABCD參數(shù)表示的4端網(wǎng)絡(luò)電路。 如果這3項(xiàng)已知，并且該4端網(wǎng)絡(luò)電路時(shí)線(xiàn)性電路，那么就能知道每一個(gè)參數(shù)。

在下述情況下應(yīng)使用開(kāi)路/短路/負(fù)載補(bǔ)償：

接有附加的無(wú)源電路或元件（例如外部DC偏置電路，平衡-不平衡變壓器，衰減器和濾波器）。

使用掃描器，多路轉(zhuǎn)換器或矩陣開(kāi)關(guān)。

使用非標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的測(cè)試電纜，或由標(biāo)準(zhǔn)安捷倫測(cè)試電纜擴(kuò)展4TP電纜。

用放大器增強(qiáng)測(cè)試信號(hào)。

使用元件插裝機(jī)。

使用用戶(hù)制作的測(cè)試夾具。

在上面所列的情況下，開(kāi)路/短路補(bǔ)償將不能滿(mǎn)足要求，測(cè)量結(jié)果會(huì)有相當(dāng)大的誤差。

圖29 開(kāi)路/短路/負(fù)載補(bǔ)償

3.4 接觸電阻產(chǎn)生的誤差

DUT電極與測(cè)試夾具或測(cè)試臺(tái)電極間所存在的任何接觸電阻都會(huì)造成測(cè)試誤差。 DUT的2端或4端連接方式的接觸電阻影響有所不同。 在2端連接的情況下，接觸電阻以串聯(lián)方式疊加到DUT阻抗，造成D（耗散因數(shù)）讀數(shù)的正誤差。 在4端口連接的情況下，存在如下圖（b）所示的接觸電阻Rhc、Rhp、Rlc和Rlp。 不同端子的接觸電阻影響也有所不同。 Rhc減小施加于DUT的測(cè)試信號(hào)電平，但它不直接產(chǎn)生測(cè)量誤差。 Rlp可能造成自動(dòng)平衡電橋的不平衡，但通?？珊雎赃@一影響。 Rhp和Chp構(gòu)成低通濾波器，它會(huì)造成Hp輸入信號(hào)的衰減和相移，從而產(chǎn)生測(cè)量誤差。

圖30 接觸電阻產(chǎn)生的誤差

3.5 測(cè)量電纜擴(kuò)展引入的誤差

從儀器擴(kuò)展的4TP測(cè)量電纜將會(huì)按擴(kuò)展電纜的長(zhǎng)度和測(cè)量頻率引入測(cè)量信號(hào)的幅度誤差和相移。 電纜擴(kuò)展會(huì)帶來(lái)下面兩個(gè)問(wèn)題：

阻抗測(cè)量結(jié)果中的誤差

電橋不平衡

測(cè)量誤差主要由接到Hp和Lc端的電纜造成，如果電纜的長(zhǎng)度和傳播常數(shù)已知，儀器就可以對(duì)其補(bǔ)償。 包括Rr、放大器和Lp及Lc電纜在內(nèi)的反饋回路相移會(huì)造成電橋的不平衡。 但可在反饋電路內(nèi)部進(jìn)行相移補(bǔ)償。 只有在較高的頻率區(qū)（通常高于100KHz），這兩個(gè)問(wèn)題才有重大影響，而且安捷倫阻抗測(cè)試儀器能補(bǔ)償安捷倫提供的電纜。 在較低頻率區(qū)，電纜的電容僅會(huì)使測(cè)量精度下降（不影響電橋平衡）。

電纜長(zhǎng)度補(bǔ)償用于長(zhǎng)度和傳播常數(shù)已知的測(cè)試電纜，比如安捷倫提供的1m（2m或4m）測(cè)試電纜。 如果使用各種長(zhǎng)度不同類(lèi)型電纜，除了測(cè)量誤差外，還可能造成電橋不平衡。

3.6并聯(lián)直通法的校準(zhǔn)和補(bǔ)償

用E5061B測(cè)試PDN的毫歐姆級(jí)阻抗，使用并聯(lián)直通法，也需要考慮校準(zhǔn)和補(bǔ)償。 一般測(cè)試低頻時(shí)，使用增益-相位測(cè)試端口，通常只有做直通校準(zhǔn)即可得到足夠的阻抗測(cè)試精度。 測(cè)試高頻時(shí)，使用S參數(shù)測(cè)試端口，這是可以使用SOLT校準(zhǔn)，或SOLT校準(zhǔn)加上端口延伸，如果使用探針臺(tái)，則可以用探針臺(tái)提供的校準(zhǔn)件，用SOLT直接校準(zhǔn)到探頭尖位置。

圖31 用于低阻抗測(cè)量的并聯(lián)直通法的校準(zhǔn)和補(bǔ)償

四、測(cè)試電纜和夾具

當(dāng)把被測(cè)器件(DUT)連到自動(dòng)平衡電橋儀器的測(cè)量端子時(shí)，有幾種可選擇的連接配置。 而在射頻阻抗測(cè)量?jī)x器中，只能用兩終端法的連接配置。

4.1 終端配置

自動(dòng)平衡電橋儀器的前面板上一般配有4個(gè)BNCUNKNOWN端子（Hc，Hp，Lp和Lc）。 有多種DUT與UNKNOWN端子連接的配置方法。 由于每種方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，必須根據(jù)DUT的阻抗和要求的測(cè)量精度，選擇最合適的配置方法。

2端（2T）配置：

這是最簡(jiǎn)單的方法，但這種方法存在著很多誤差源。 引線(xiàn)電感、引線(xiàn)電阻，以及兩條引線(xiàn)間的雜散電容都會(huì)疊加到測(cè)量結(jié)果上。 由于存在這些誤差源，其典型阻抗測(cè)量范圍（沒(méi)有進(jìn)行補(bǔ)償）限制于100歐姆到10K歐姆。

圖32 2端（2T）配置

3端（3T）配置：

用同軸電纜減小雜散電容的影響。 同軸電纜的外導(dǎo)體（屏蔽）連到保護(hù)端子上。 它能在較高阻抗測(cè)量范圍改進(jìn)測(cè)量精度，但由于仍然存在引線(xiàn)電感和引線(xiàn)電阻，因而不能改進(jìn)較低阻抗范圍的測(cè)量精度。 典型的阻抗范圍可擴(kuò)展到10K歐姆以上。

圖33 3端（3T）配置

4端（4T）配置：

可減小引線(xiàn)電感的影響，因?yàn)樾盘?hào)電流通路與電路敏感電纜時(shí)彼此獨(dú)立的。 通?？筛倪M(jìn)低至1歐姆的較低阻抗測(cè)量范圍的精度。 當(dāng)DUT的阻抗低于1歐姆時(shí)，會(huì)有大信號(hào)電流通過(guò)電流通路，它與電壓敏感電纜的互感耦合將產(chǎn)生誤差。

圖34 4端（4T）配置

5端（5T）配置：

是3T和4T配置的組合。 它配有4條同軸電纜，這4條電纜的外導(dǎo)體均接到保護(hù)端。 這種配置具有從1歐姆到10M歐姆的寬測(cè)量范圍，但互感問(wèn)題仍然存在。

圖35 5端（5T）配置

在高頻下使用測(cè)試電纜：

4TP配置是適用于寬量程范圍阻抗測(cè)量的最佳解決方案。 但在基本4TP測(cè)量中，由于電纜長(zhǎng)度必須短于波長(zhǎng)，使電纜長(zhǎng)度受到測(cè)量頻率的限制。 下面公式可用于確定這一限制：

阻抗測(cè)量基礎(chǔ)（續(xù)）

這里：F是測(cè)量頻率（MHz）

L是電纜長(zhǎng)度（m）

當(dāng)電纜長(zhǎng)度為1m時(shí)，最高頻率限制近似為15MHz。 如果電纜長(zhǎng)度或頻率超過(guò)這一限制，自動(dòng)平衡電橋就可能實(shí)現(xiàn)不了平衡。 對(duì)于較高頻率（通常100KHz以上）的阻抗測(cè)量，還需要進(jìn)行電纜長(zhǎng)度補(bǔ)償。

4.2 測(cè)試夾具

在阻抗測(cè)量中，測(cè)試夾具在機(jī)械和電氣兩方面都起著重要的作用，夾具的質(zhì)量確定了總測(cè)量質(zhì)量的限制。

安捷倫公司根據(jù)被測(cè)件的種類(lèi)提供多種類(lèi)型的測(cè)試夾具。 為了選擇最合適的DUT測(cè)試夾具，不僅要求考慮接觸的物理布局，還要考慮可用的頻率范圍、殘余參數(shù)，以及允許施加的DC電壓。 測(cè)試夾具的接觸端（DUT連接）可以是2端，也可以是4端，以適合不同的應(yīng)用。

如果DUT不能使用安捷倫公司提供的測(cè)試夾具，可制作針對(duì)應(yīng)用的專(zhuān)用測(cè)試夾具。 在制作測(cè)試夾具時(shí)，需要考慮下面這些關(guān)鍵因素。

1.必須把殘余參數(shù)減到最小。

為了把殘余參數(shù)減到最小，應(yīng)使4TP配置盡可能接近DUT。 此外，正確的保護(hù)技術(shù)能消除雜散電容的影響。

2.必須把接觸電阻減到最小。

接觸電阻會(huì)造成附近誤差。 在2TP配置情況下將直接影響到測(cè)量結(jié)果。 接觸電極應(yīng)與DUT牢固連接，并始終保持清潔。 電極應(yīng)使用能抗腐蝕的材料。

3.接觸必須能夠開(kāi)路和短路。

開(kāi)路/短路補(bǔ)償能容易地減小測(cè)量夾具殘余參數(shù)的影響。 為進(jìn)行開(kāi)路/短路測(cè)量，必須把接觸電極開(kāi)路和短路。 對(duì)于開(kāi)路測(cè)量，接觸電極應(yīng)放在與DUT連接時(shí)的同樣距離上。 對(duì)于短路測(cè)量，應(yīng)在電極間連接無(wú)損耗（低阻抗）的導(dǎo)體，或直接連接接觸電極。 如果要使電極保持4端配置，應(yīng)首先連接電流端和電位端。

4.3 測(cè)試電纜

當(dāng)被測(cè)DUT與儀器有一段相隔距離時(shí)，就需要用電纜擴(kuò)展測(cè)試端口（UNKNOWN端子）。 如果未考慮擴(kuò)展電纜的長(zhǎng)度，則不僅會(huì)造成誤差，甚至還會(huì)產(chǎn)生電橋的不平衡，以至無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。

安捷倫公司隨儀器有多種1m、2m和4m測(cè)試電纜供選擇。 在選擇測(cè)試電纜時(shí)，必須考慮電纜長(zhǎng)度和可用頻率范圍。 由于電纜誤差已知，因而安捷倫儀器能夠把測(cè)量電纜的影響減到最小。 測(cè)試誤差將隨著電纜長(zhǎng)度及測(cè)量頻率的增加而增加。

建議不要使用不是安捷倫公司推薦的電纜，儀器的補(bǔ)償功能可能不適用于非安捷倫電纜。 如果不得不用非安捷倫電纜，則應(yīng)該使用與安捷倫測(cè)試電纜相同或等效的電纜。 對(duì)于更高頻率，一定不要使用非安捷倫提供的電纜。 為了使用4TP配置的擴(kuò)展電纜，電纜長(zhǎng)度應(yīng)為1m或2m，使用測(cè)量?jī)x器能對(duì)其補(bǔ)償，如果電纜長(zhǎng)度有誤差，則將會(huì)造成附加誤差。

4.4 消除雜散電容影響

當(dāng)DUT為高阻抗（即低電容）時(shí)，雜散電容的影響就不能忽略。 如下圖所示，用4端接觸測(cè)量DUT的例子，Cd與DUT并聯(lián)，當(dāng)在DUT下面放置導(dǎo)電板時(shí)，其組合電容（Ch//Cl）也與DUT相并聯(lián)，從而產(chǎn)生了測(cè)量誤差。 通過(guò)把一塊保護(hù)板放在高端和低端之間，就可把Cd減到最小。 此外，通過(guò)把保護(hù)端與該導(dǎo)體相連，Ch和Cl的影響就可彼此抵消。

4.5 在射頻區(qū)的終端配置和測(cè)試夾具

射頻阻抗測(cè)量?jī)x器帶有精密的同軸測(cè)試端口，它在原理上是一種2端配置。 同軸測(cè)試端口連接器的中心導(dǎo)體是有源的高端，外外導(dǎo)體是接地的低端。 只能用最簡(jiǎn)單的2端連接配置測(cè)量DUT。 測(cè)試夾具的殘余電感、殘余電阻、雜散電容和雜散電導(dǎo)均疊加在測(cè)量結(jié)果上（在補(bǔ)償前）。 不管是射頻I-V法還是網(wǎng)絡(luò)分析法，被測(cè)阻抗越偏離50歐姆，射頻阻抗測(cè)量精度就越低。 殘余參數(shù)的影響隨頻率的增加而增加，頻率越高，可測(cè)阻抗范圍越窄。

要對(duì)射頻測(cè)試夾具進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)，使DUT與測(cè)試端口間的引線(xiàn)長(zhǎng)度（電氣通路長(zhǎng)度）盡可能短，從而把殘余參數(shù)減到最小。 通常在頻率低于100MHz時(shí)，測(cè)試夾具殘余參數(shù)所造成的誤差要小于儀器誤差，在經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后可以忽略不計(jì)。 但在測(cè)量接近于殘余參數(shù)的低阻抗或高阻抗時(shí)，測(cè)試夾具殘余參數(shù)的變化會(huì)造成測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性問(wèn)題。 殘余參數(shù)的變化和測(cè)量結(jié)果的不穩(wěn)定性決定于在測(cè)試夾具端子上DUT的定位精度。 對(duì)于重復(fù)性的測(cè)量，射頻測(cè)試夾具應(yīng)能將DUT在測(cè)量端子上精確定位。

在高頻（通常高于500MHz）時(shí)，測(cè)試夾具的殘余參數(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果有更大的影響，并且會(huì)使實(shí)際測(cè)量范圍變窄。 因此，測(cè)試夾具的可用頻率范圍限定了各類(lèi)測(cè)試夾具的最高頻率。 儀器不精確性與測(cè)試夾具引入誤差之和確定了DUT測(cè)量結(jié)果的不精確性。 由于只能使用2端配置，補(bǔ)償法師獲得最佳測(cè)量精度的關(guān)鍵。

各種測(cè)試夾具都有各自的特性和結(jié)構(gòu)。 由于影響DUT測(cè)量值的不僅是殘余參數(shù)，還包括DUT的周?chē)h(huán)境（如接地板、端子布局、絕緣體的介電常數(shù)等），為了得到好的測(cè)量一致性，應(yīng)使用同一類(lèi)型的測(cè)試夾具。

有兩種類(lèi)型的射頻測(cè)試夾具：同軸測(cè)試夾具和非同軸測(cè)試夾具，其區(qū)別在于兩者的幾何結(jié)構(gòu)和電氣特性。 非同軸測(cè)試夾具有開(kāi)啟的測(cè)量端，因而便于DUT的連接和拆卸。 非同軸型夾具適用于高效率地測(cè)試大量的器件。 但這一高效率是以高頻時(shí)犧牲測(cè)量精度為代價(jià)的，因?yàn)樵?a target="_blank">同軸連接器部件與測(cè)試端子間存在著電氣特性的不連續(xù)（失配）。

同軸測(cè)試夾具則用類(lèi)似于同軸端的配置固定DUT，其被連接到測(cè)試夾具的中心電極和外導(dǎo)體帽電極。 由于從測(cè)試端口到DUT保持著連續(xù)的50歐姆的特性阻抗，因而同軸測(cè)試夾具能夠通過(guò)最高的測(cè)量精度和最好的頻率響應(yīng)。 由于可以選擇可重復(fù)數(shù)量的絕緣體直徑，以把DUT與絕緣體的間隙減到最小，DUT可定位在能得到最佳重復(fù)性的測(cè)試夾具端上，而不需要操作者的高超技巧。 因而同軸測(cè)試夾具能比非同軸測(cè)試夾具得到較低的附加誤差和高得多的測(cè)量重復(fù)能力。

五、成功測(cè)量阻抗的8點(diǎn)提示（總結(jié)）

提示 1.阻抗參數(shù)的確定和選擇：

阻抗是表征電子器件特性的參數(shù)之一。 阻抗 (Z) 的定義是器件在給定的頻率下對(duì)交流電流 (AC) 所起的阻礙作用。

阻抗通常用復(fù)數(shù)量( 矢量 ) 的形式來(lái)表示，可以把它畫(huà)在極坐標(biāo)上。 坐標(biāo)的第一和第二象限分別對(duì)應(yīng)正的電感值和正的電容值 ; 第三和第四象限則代表負(fù)的電阻值。 阻抗矢量由實(shí)部 ( 電阻 — R) 和虛部 ( 電抗 —X) 組成。 電容 (C) 和電感 (L)的值可從電阻(R) 和電抗 (X) 值中推導(dǎo)出來(lái)。 電抗的兩種形式分別是感抗 (XL) 和容抗(XC)。 品質(zhì)因數(shù) (Q) 和損耗因數(shù)(D) 也可從電阻和電抗的值中推導(dǎo)出來(lái)，這兩個(gè)參數(shù)是表示電抗純度的。 當(dāng) Q值偏大或 D 值偏小時(shí)，電路的質(zhì)量更高。 Q的定義是器件所儲(chǔ)存的能量與其做消耗的能量的比值。 D 是 Q 的倒數(shù)。 D 還等于“tan ?”，其中 ? 是介質(zhì)損耗角 (? 是相位角è 的余角 )。 D和 Q 均屬于無(wú)量綱的量。

提示 2.選擇正確的測(cè)量條件：

器件制造商給出的器件阻抗值所代表的是在規(guī)定的測(cè)量條件下器件所能達(dá)到的性能，以及在生產(chǎn)這些器件時(shí)所允許出現(xiàn)的器件性能的偏差。 如果在設(shè)計(jì)電路時(shí)需要很精確地知道所使用器件的性能的話(huà)，就有必要專(zhuān)門(mén)對(duì)器件進(jìn)行測(cè)量來(lái)驗(yàn)證其實(shí)際值與標(biāo)稱(chēng)值之間的偏差，或在不同于制造商測(cè)試條件的實(shí)際工作條件下測(cè)量器件的阻抗參數(shù)。

由于寄生電感、電容和電阻的存在，所有器件的特性會(huì)隨著測(cè)量頻率的變化而變化的現(xiàn)象是非常常見(jiàn)的。

器件阻抗的測(cè)量結(jié)果還會(huì)受到在測(cè)量時(shí)所選擇的測(cè)量信號(hào)的大小的影響:

● 電容值 (或材料的介電常數(shù)，即 K值 ) 的測(cè)量結(jié)果會(huì)依賴(lài)于交流測(cè)量信號(hào)電壓值的大小。

● 電感值 (或材料的磁滯特性 ) 的測(cè)量結(jié)果會(huì)依賴(lài)于交流測(cè)量信號(hào)電流值的大小。

使用儀表的自動(dòng)電平控制 (ALC)功能可使被測(cè)器件 (DUT) 兩側(cè)的電壓保持在一個(gè)恒定的值上。 如果儀表內(nèi)部沒(méi)有 ALC功能但是有監(jiān)測(cè)信號(hào)大小的功能，可以利用這個(gè)功能給這種儀表編寫(xiě)一個(gè)相當(dāng)于 ALC 功能的控制程序來(lái)保證被測(cè)器件兩端上的電壓穩(wěn)定。

通過(guò)控制測(cè)量積分時(shí)間 ( 相當(dāng)于數(shù)據(jù)采集時(shí)間 )可以去除測(cè)量中不需要的信號(hào)的影響。 利用平均值功能可以降低測(cè)量結(jié)果中的隨機(jī)噪聲。 延長(zhǎng)積分時(shí)間或增加平均計(jì)算的次數(shù)可以提高測(cè)量精度，但也會(huì)降低測(cè)量速度。 在儀表的操作手冊(cè)中對(duì)這部分內(nèi)容都有詳細(xì)的解釋。

其它有可能影響測(cè)量結(jié)果的物理和電氣因素還包括直流偏置、溫度、濕度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、光強(qiáng)度、振動(dòng)和時(shí)間等。

提示 3.選擇適當(dāng)?shù)膬x器顯示參數(shù)：

現(xiàn)在有很多阻抗測(cè)量?jī)x器都能夠測(cè)量阻抗矢量的實(shí)部和虛部，然后再把它們轉(zhuǎn)換為其它所需要的參數(shù)。 如果一個(gè)測(cè)量結(jié)果顯示為阻抗(Z) 和相位(è)，那么被測(cè)器件的主要參數(shù) (R、C、L) 和其它所有寄生參數(shù)所表現(xiàn)出來(lái)的綜合特性就體現(xiàn)在 | Z| 和 è的數(shù)值的大小上。

如果要想顯示一個(gè)被測(cè)器件除阻抗和相角以外的其它參數(shù)，可以使用它的二元模型等效電路。 在區(qū)分這些基于串聯(lián)或并聯(lián)電路模式的二元模型時(shí)，我們用腳注“p”代表并聯(lián)模型，用“s”代表串聯(lián)模型，例如Rp、Rs、Cp、Cs、Lp 或 Ls。

在現(xiàn)實(shí)世界中沒(méi)有器件是純粹的的電阻、純粹的電容、純粹的電感。 任何常用的器件通常都會(huì)有一些寄生參數(shù) (例如由器件的引腳、材料等引起的寄生電阻、寄生電感和寄生電

容 ) 存在，表現(xiàn)器件主要特性的部分和寄生參數(shù)部分結(jié)合在一起會(huì)使一個(gè)簡(jiǎn)單的器件在實(shí)際工作中表現(xiàn)得就像一個(gè)復(fù)雜的電路一樣。

近年來(lái)新推出的阻抗分析儀都帶有等效電路分析的高級(jí)功能，可以用三元或四元電路模型的形式對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的分析。 使用這種等效電路分析功能可對(duì)器件更為復(fù)雜的寄生效應(yīng)進(jìn)行全面分析。

提示 4.測(cè)量技術(shù)具有局限性：

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造的測(cè)量中，我們經(jīng)常被問(wèn)到的問(wèn)題恐怕就是 :“測(cè)量結(jié)果的精度有多高?” 儀器的測(cè)量精度實(shí)際上取決于被測(cè)器件的阻抗值和所采用的測(cè)量技術(shù)。

在確定測(cè)量結(jié)果的精度時(shí)，需要把測(cè)量到的被測(cè)器件的阻抗值和所使用儀表在所適用的測(cè)量條件下的精度進(jìn)行比較才可以知道。

儀表關(guān)于D 值和 Q 值的測(cè)量精度的指標(biāo)通常不同于儀表關(guān)于其它阻抗參數(shù)測(cè)量精度的技術(shù)指標(biāo)。 對(duì)于低損耗 (D 值很低，Q 值很高 ) 器件，R值相對(duì)于 X 值而言是非常小的。 R 值的細(xì)小變化將會(huì)引起 Q值的很大變化。

如果測(cè)量結(jié)果的誤差跟所測(cè)到得的R 的值相近似的話(huà)，就會(huì)導(dǎo)致 D或 Q值的測(cè)量結(jié)果是負(fù)數(shù)的現(xiàn)象。 需要時(shí)刻注意的是，測(cè)量結(jié)果的誤差包括儀表自身的測(cè)量誤差和測(cè)量夾具引起的誤差。

提示 5.進(jìn)行校準(zhǔn)：

進(jìn)行校準(zhǔn)的目的是給儀表定義一個(gè)能夠保證測(cè)量精度的基準(zhǔn)面。 通常都是在儀表的測(cè)量端口上進(jìn)行校準(zhǔn)，在測(cè)量時(shí)用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

安捷倫科技采用自動(dòng)平衡電橋技術(shù)的儀表在出廠(chǎng)時(shí)或是在維修中心都做過(guò)基礎(chǔ)的校準(zhǔn)，可以在一定時(shí)期內(nèi) ( 通常為 12 個(gè)月)，不論在測(cè)量中對(duì)儀表進(jìn)行何種設(shè)置，測(cè)量結(jié)果都可以達(dá)到儀表指標(biāo)規(guī)定的測(cè)量精度，操作人員使用這種儀表時(shí)是不需要進(jìn)行校準(zhǔn)操作的。

對(duì)不采用自動(dòng)平衡電橋技術(shù)的儀表而言，在儀表初始化和設(shè)置好測(cè)量條件之后，使用一套校準(zhǔn)件對(duì)儀表進(jìn)行基礎(chǔ)校準(zhǔn)是必須的。 在使用校準(zhǔn)件對(duì)這類(lèi)儀表進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，這個(gè)提示所提供的信息是很有用的。

一些測(cè)量?jī)x表還提供固定校準(zhǔn)模式和用戶(hù)校準(zhǔn)模式供使用者選擇。 固定校準(zhǔn)模式是在預(yù)先設(shè)定 ( 固定)的頻率上對(duì)校準(zhǔn)件進(jìn)行測(cè)量得到校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。 在固定校準(zhǔn)頻點(diǎn)之間，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以通過(guò)內(nèi)插法計(jì)算出來(lái)。 固定校準(zhǔn)模式在固定校準(zhǔn)頻率之間的頻點(diǎn)上的內(nèi)插數(shù)據(jù)有時(shí)會(huì)存在較大的誤差，當(dāng)測(cè)量頻率較高時(shí)這些內(nèi)插校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的誤差可能會(huì)非常大。

用戶(hù)校準(zhǔn)模式是在與實(shí)際測(cè)量中所選擇使用的頻率完全一樣的頻點(diǎn)上對(duì)校準(zhǔn)件進(jìn)行測(cè)量得到教準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對(duì)于一些具體的測(cè)量而言，用戶(hù)校準(zhǔn)模式不會(huì)產(chǎn)生校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的內(nèi)插誤差。

特別需要注意的是，用戶(hù)校準(zhǔn)模式得到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)僅對(duì)測(cè)量條件和校準(zhǔn)條件 ( 指儀表的狀態(tài) ) 完全一樣的情況有效。

提示 6.進(jìn)行補(bǔ)償：

補(bǔ)償不同于校準(zhǔn)，補(bǔ)償對(duì)提高測(cè)量精度的效果取決于儀器的校準(zhǔn)精度，因次必須在校準(zhǔn)完成之后再執(zhí)行補(bǔ)償?shù)牟僮?。如果可以把被測(cè)器件直接連在校準(zhǔn)面上進(jìn)行測(cè)量，那么儀表的測(cè)量結(jié)果是能夠達(dá)到指標(biāo)所規(guī)定的精度要求的。但是，通常都會(huì)在校準(zhǔn)面和被測(cè)器件之間連接一個(gè)測(cè)試夾具或適配器，因而必須對(duì)這種中間部件的殘留阻抗進(jìn)行補(bǔ)償才可以得到精確的測(cè)量結(jié)果。

由測(cè)試夾具或適配器引起的測(cè)量誤差可能會(huì)非常大，而總的測(cè)量精度是由儀器的精度和被測(cè)器件與校準(zhǔn)面之間的誤差源組成的。驗(yàn)證補(bǔ)償?shù)男Ч欠衲苁闺S后的測(cè)量正常進(jìn)行是非常重要的。一般而言，在補(bǔ)償時(shí)，開(kāi)路條件下的補(bǔ)償測(cè)量器件的阻抗值應(yīng)當(dāng)至少是被測(cè)器件阻抗值的100 倍以上，而短路條件下的阻抗值應(yīng)當(dāng)?shù)陀诒粶y(cè)器件阻抗值的 1/100。

開(kāi)路補(bǔ)償可降低或消除雜散電容，而短路補(bǔ)償可降低或消除測(cè)量夾具引起的能夠?qū)е抡`差增大的殘留電阻和電感。在進(jìn)行開(kāi)路或短路補(bǔ)償測(cè)量時(shí)，應(yīng)該使補(bǔ)償器件兩個(gè)引腳( 即所謂UNKNOWN 引腳 )之間的距離與實(shí)際測(cè)量時(shí)被測(cè)器件引腳之間的距離一樣，這樣可以保證補(bǔ)償測(cè)量和實(shí)際測(cè)量所碰到的寄生阻抗是一致的。

當(dāng)測(cè)量端口被擴(kuò)展到安捷倫提供的標(biāo)準(zhǔn)夾具距離之外、或者用戶(hù)使用自己設(shè)計(jì)的測(cè)量夾具、或者在測(cè)量系統(tǒng)中還使用了掃描儀時(shí) —這些情況都涉及到在測(cè)量中又引入了額外的無(wú)源器件或電路 ( 例如巴侖、衰減器、濾波器等)，那么在做補(bǔ)償時(shí)，除了要做開(kāi)路和短路補(bǔ)償之外，還要做負(fù)載補(bǔ)償。進(jìn)行負(fù)載補(bǔ)償所用到的器件的阻抗值一定是已知的而且要精確，并且還應(yīng)當(dāng)選擇與被測(cè)器件的阻抗( 在全部的測(cè)試條件下 )和尺寸類(lèi)似的器件做負(fù)載補(bǔ)償器件?？砂研阅芎芊€(wěn)定的電阻器或電容器當(dāng)成負(fù)載補(bǔ)償測(cè)量器件使用。

在選擇補(bǔ)償器件時(shí)一種比較實(shí)際的做法是先用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)夾具，在進(jìn)行完開(kāi)路和短路補(bǔ)償之后再去測(cè)量準(zhǔn)備當(dāng)補(bǔ)償負(fù)載用的器件，用這種方法來(lái)確定負(fù)載補(bǔ)償器件的阻抗值，然后可以把這個(gè)阻抗值輸入給儀表作為補(bǔ)償測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)件的值。

提示 7.消除相位偏移和端口擴(kuò)展的誤差：

通過(guò)電纜長(zhǎng)度校正、端口擴(kuò)展或電延遲，可將校準(zhǔn)面擴(kuò)展至測(cè)量電纜末端或夾具表面，這些種校正可降低或消除測(cè)量電路中的相移誤差當(dāng)需要把儀表的測(cè)量端口延伸使其遠(yuǎn)離校準(zhǔn)面時(shí)，延長(zhǎng)電纜的電氣特征會(huì)影響總的測(cè)量性能。 以下這些辦法可以降低這些影響:

●盡量使用短的電纜來(lái)做測(cè)量端口的延伸。

●使用高度屏蔽的同軸電纜，以阻隔外部噪聲產(chǎn)生的影響。

●盡量使用損耗非常小的同軸電纜，因?yàn)樵跀U(kuò)展測(cè)量端口的操作中是假設(shè)不存在電纜損耗的，因此損耗最小的電纜可以避免測(cè)量精度的劣化。

開(kāi)路 /短路補(bǔ)償無(wú)法減少由測(cè)試夾具引起的相移誤差。 在測(cè)量頻率達(dá)到射頻范圍時(shí)，應(yīng)當(dāng)在延長(zhǎng)電纜的末端進(jìn)行校準(zhǔn)。 如果在延長(zhǎng)電纜的末端不能連接校準(zhǔn)件，那么當(dāng)延長(zhǎng)電纜比較短而且特性很好時(shí)，可以用端口延伸來(lái)代替校準(zhǔn)。

在使用自動(dòng)平衡電橋儀表的情況下，如果測(cè)量電纜或延伸電纜是非標(biāo)準(zhǔn)的 ( 不是由安捷倫提供的 )，那么應(yīng)該電纜或夾具的末端進(jìn)行開(kāi)路 /短路 / 負(fù)載補(bǔ)償。 安捷倫自動(dòng)平衡電橋儀表所使用的端口延長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)電纜 (1、2 或 4 米 )使用電纜長(zhǎng)度補(bǔ)償數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差校正，通常在使用時(shí)應(yīng)該把這些標(biāo)準(zhǔn)延長(zhǎng)電纜末端的屏蔽層連接到一起。

任何形式的端口擴(kuò)展都有局限性，它們都會(huì)因?yàn)闇y(cè)量電路的損耗和 /或相位偏移而引起測(cè)量誤差，在進(jìn)行端口延伸之前必須要對(duì)這種操作的局限性有清楚的了解。

提示 8.夾具和連接器維護(hù)：

高質(zhì)量的電氣連接能夠確保進(jìn)行精密的測(cè)量。 每一次把被測(cè)器件與儀表或測(cè)量電纜、夾具進(jìn)行連接時(shí)，接合面的特征都會(huì)隨著連接的質(zhì)量而有所不同，接合面的阻抗失配會(huì)影響測(cè)試信號(hào)的傳播。 應(yīng)當(dāng)經(jīng)常留意測(cè)試端口的接合表面、適配器、校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)件、夾具連接器和測(cè)試夾具等的質(zhì)量和狀態(tài)。 連接的質(zhì)量取決于以下因素:

●連接的組成部分

●采用的技術(shù)

●經(jīng)常進(jìn)行高質(zhì)量維護(hù)

●保證清潔度

●按照標(biāo)準(zhǔn)要求保存儀表和部件

俗話(huà)說(shuō)“一環(huán)薄弱，全局必垮”。 測(cè)量系統(tǒng)也是如此。 如果測(cè)試系統(tǒng)中使用了低質(zhì)量的電纜、適配器或夾具，那么系統(tǒng)的整體質(zhì)量都會(huì)降到最低水平。

通過(guò)使用力矩扳手和一些常識(shí)，可確保在進(jìn)行重復(fù)連接時(shí)不出現(xiàn)器件損壞。器件損壞包括配合表面的刮痕和變形。

多數(shù)測(cè)量部件接合表面的部分都是可以替換的，把已經(jīng)多次使用而性能變差的部分換掉。有的部件接合表面的部分是不可以替換或修復(fù)的，那么應(yīng)該定期用新的部件去替換舊的部件。

使用無(wú)腐蝕性 /無(wú)損溶劑 ( 例如去離子水和純異丙醇 )和無(wú)塵布擦拭接合表面可以保證它們的阻抗不受油跡或其它雜質(zhì)的影響。請(qǐng)注意，一些塑料在使用異丙醇時(shí)會(huì)發(fā)生性質(zhì)的該變。

如果儀器的包裝不提供附件袋，那么應(yīng)當(dāng)使用有蓋的塑料盒和塑料封套來(lái)保護(hù)所有未在使用狀態(tài)下的接合表面。

審核編輯：湯梓紅