如何簡(jiǎn)單的測(cè)試電容、磁珠等2端口無源器件的S參數(shù)模型

編者注：很多工程師都以為只有電源才會(huì)使用電容，其實(shí)電容的應(yīng)用范圍特別廣泛，不僅僅為了保證電源系統(tǒng)有一個(gè)好的電源完整性需要使用大量的電容，信號(hào)完整性工程師為了保證信號(hào)完整性，EMC工程師為了使產(chǎn)品更順利的通過電磁兼容性的測(cè)試也是對(duì)電容“絞盡腦汁”。想要用好電容就必須得先要了解電容準(zhǔn)確的參數(shù)......上兩周有兩個(gè)客戶問道我關(guān)于電容S參數(shù)測(cè)量和使用的問題，周末的時(shí)候就花了點(diǎn)時(shí)間寫了點(diǎn)東西分享給大家，希望大家多多討論。

電容是非常每一個(gè)電路上都會(huì)使用的器件，電容會(huì)應(yīng)用在電源系統(tǒng)中，也會(huì)應(yīng)用于信號(hào)線上。在低速電路中，我姑且把電容稱之為電容，但是在高速電路上或者電源系統(tǒng)中，電容以及不僅僅是電容，是一個(gè)由等效電容、等效電阻和等效電感組成的一個(gè)電路，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)如下圖所示：

所以電容的參數(shù)的測(cè)量就不能再使用簡(jiǎn)單的萬用表來測(cè)量啦！而需要使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測(cè)量，使用網(wǎng)絡(luò)分析測(cè)試時(shí)，最重要的方式有并聯(lián)測(cè)試法和串聯(lián)測(cè)試法，示意圖如下圖所示：

并聯(lián)測(cè)試方法簡(jiǎn)化裝置如下圖所示：

從上面的示意圖和簡(jiǎn)化裝置可以看到，不論是并聯(lián)測(cè)試方法還是串聯(lián)測(cè)試方法都采用的2端口網(wǎng)分（當(dāng)然，也可以考慮用4端口測(cè)試方法，有興趣的可以去Google下），這樣測(cè)試獲得的參數(shù)就是2端口的S參數(shù)，即*.s2p的文件，如下圖所示為一顆電容的S參數(shù)文件：

通過S參數(shù)，工程師可以了解到其阻抗特性、損耗等等，也就是電容的濾波特性，其阻抗特性曲線如下圖所示：

這種測(cè)試電容的步驟其實(shí)非常簡(jiǎn)單，在測(cè)試的時(shí)候要按照電容的封裝大小設(shè)計(jì)一塊測(cè)試夾具板和校準(zhǔn)板，然后把電容焊接上去，通過AFR或者TRL或者SOLT的校準(zhǔn)方式進(jìn)行校準(zhǔn)后就可以直接測(cè)試電容啦（推薦使用AFR校準(zhǔn)，這是最簡(jiǎn)單的校準(zhǔn)方式，設(shè)計(jì)的板子也簡(jiǎn)單一些）。

電容的S參數(shù)模型可以應(yīng)用于信號(hào)完整性和電源完整性仿真中。在使用SIPro/PIPro仿真時(shí)，可能有的工程師會(huì)有疑惑，為什么在軟件中添加*.s2p的S參數(shù)時(shí)會(huì)強(qiáng)制變?yōu)?.s1p呢？這是否有問題？

首先答案是肯定不會(huì)有問題。對(duì)于電容或者磁珠這類器件，在測(cè)量的數(shù)據(jù)就是s2p，而不是s1p，這是因?yàn)樵跍y(cè)量的時(shí)候使用的2端口的網(wǎng)分測(cè)試的。而在仿真的時(shí)候使用的是s1p的文件，這樣有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，就是減弱了器件對(duì)夾具板地的影響，這樣就增加了其設(shè)計(jì)的性能。有興趣的也可以搭建一個(gè)仿真電路去分析電容的s1p和s2p的效果是否一樣，原理圖如下圖所示：

S21使用的是s2p模型文件，連接的snp元件這是正常的仿真S參數(shù)的連接方式；S43使用的是s2p文件把Ground不連接；S65使用的是S1P的模型文件，Ground連接到TermG上，獲得的結(jié)果如下圖所示：

很顯然，三條曲線是重合的，說明s2p和s1p是等效的。

本文主要是簡(jiǎn)單介紹了如何簡(jiǎn)單的測(cè)試電容、磁珠等2端口無源器件的S參數(shù)模型，以及為什么在SIPro和PIPro仿真時(shí)采用的是s1p的文件。當(dāng)然，對(duì)于如何精確的測(cè)試這類無源器件的模型以及如何在ADS中建立相關(guān)的模型庫有興趣的，可以再進(jìn)一步的交流。

審核編輯：湯梓紅