阻抗测试基础（上）

受交流测试电压的影响如图11所示。

图11 电容受交流测试电压的影响

磁芯电感器受线圈材料的电磁回滞特性影响，线圈电感的感值会随着测试信号电流变化而变化，如图12所示。

图12 磁芯电感器受交流测试电流的影响

直流偏置也会改变器件的特性。大家都知道直流偏置会影响半导体器件（比如二极管和晶体管以及其他被动器件/无源器件）的特性。对于具有高介电常数材料制成的电容来说，器件上所加的直流偏置电压越高，电容的变化越大。

图13 陶瓷电容受直流偏置电平的影响

对于磁芯电感器，电感随流过线圈的直流变化而变化，这主要应归于线圈材料的磁通饱和特性。

现在，开关电源非常普遍。电力电感通常用于滤波由于高电流开关的射频干扰和噪声。为了保持好的滤波特性，减小大电流的纹波，电力电感必须在工作条件下测量其特性，以保证电感的滚将特性不影响其工作特性。

图14 磁芯电感器受直流偏置电流的影响

大多数器件都容易受温度影响。对于电阻、电感和电容，温度特性是非常重要的规范参数。下图曲线表示不同介电常数的陶瓷电容与温度的相关性。

图15 陶瓷电容受温度的影响

二、阻抗测量方法和原理

阻抗测量有多种可选择的方法，每种方法都有各自得优点和缺点。需要首先考虑测量的要求和条件，然后选择最合适的方法。需要考虑的因素包括频率覆盖范围、测量量程、测量精度和操作的方便性。没有一种方法能够包括所有的测量能力，因而在选择测量方法时需要折中考虑。下面针对高速数字电路的特性，重点介绍三种方法。如果只考虑测量精度和操作方便性，自动平衡电桥法师直至110MHz频率的最佳选择。对于100MHz至3GHz的测量，射频I-V法有最好的测量能力，其他则推荐采用网络分析技术。

2.1 自动平衡电桥法

流过DUT的电流也流过电阻器Rr。"L"点的电位保持为0V（从而称为"虚地"）。I-V转换放大器使Rr上的电流与DUT的电流保持平衡。测量高端电压和Rr上的电压，即可计算出DUT的阻抗值。

各类仪器自动平衡电桥的实际配置会有所不同。常规LCR表的低频范围一般低于100KHz，可使用简单的运算放大器作为它的I-V转换器。由于受到放大器性能的限制，这类仪器在高频时的精度较差。宽带LCR表和阻抗分析仪所使用的I-V转换器包括复杂的检波器、积分器和矢量调制器，以保证在1MHz以上宽频率范围内的高精度。这类仪器能达到110MHz的最高频率。

图16 自动平衡电桥法原理

自动平衡电桥法优缺点：

• 最准确, 基本测试精度 0.05%
• 最宽的阻抗测量范围: C, L, D, Q, R, X, G, B, Z, Y, O, ...
• 最宽的电学测试条件范围
• 简单易用
• 低频, f < 110MHz

2.2 射频I-V法

射频I-V法用阻抗匹配测量电路（50欧姆）和精密同轴测试端口实现不同配置，能在较高频率下工作。有两种放置电压表和电流表的方法，以分别适应低阻抗和高阻抗的测量。如图所示，被测器件（DUT）的阻抗由电压和电流测量值导出，流过DUT的电流由已知阻值的低阻电阻器R上的电压经计算得到。在实际测量中，电阻器R处放置低损耗互感器，但该互感器也限制了可应用频率范围的低端。

图17 射频I-V法

RF I-V 法优缺点

• 宽的/高频范围, 1MHz < f< 3GHz
• 好的测试精度, 基本测试精度 0.8%
• 宽的阻抗测量范围, 100m – 50KW @ 10%accuracy
• 100MHz最准确的测试方法
• 接地器件测试

2.3 网络分法

通过测量注入信号与反射信号之比得到反射系数。用定向耦合器或电桥检测反射信号，并用网络分析仪提供和测量该信号。由于这种方法测量的是在DUT上的反射，因而能用于较高的频率范围。

图18  网络分析法

根据实际的测量需求，网络分析法又延伸出几个方法，以提高测试的阻抗范围。

2.3.1 反射法

这是最典型的网络分析法，通过测试S11，来测试阻抗，公式如下：

Z_DUT=50(1+S₁₁)/(1-S₁₁)

对于E5061B网络分析仪：

频率范围可测：5Hz到3GHz

10%精度阻抗范围：1欧姆~2K欧姆

可利用7mm类型系列测试夹具

2.3.2 串联直通法

如图所示，串联直通法通过串接方式连接测量DUT。对于E5061B，增益-相位测试端口和S参数测试端口都能使用串联直通法。相比来说，增益-相位测试端口更加方便，因为4端接类型的器件测试夹具