阻抗测试基础（上）

能够直接连接到增益-相位测试端口。但是最高频率范围仅到30MHz。如果想测试更高频率，可以使用S参数测试端口。但是，当频率达到几百兆后，消除串联直通测试夹具带来的误差是比较困难。因此实际频率限制大概在200MHz或300MHz。

对于E5061B网络分析仪：

• 频率范围可测：5Hz到30MHz（增益-相位测试端口）
• 5Hz到几百兆Hz（S参数测试端口）
• 10%精度阻抗测量范围：5欧姆到20K欧姆
• 可利用测试夹具（增益-相位测试端口）
• 不适用于接到DUT的测量

图19 串联直通法

2.3.3 并联直通法

   

如图所示，并联直通法通过并联DUT测试阻抗。这个方法非常适合测量低阻抗器件，可小达1m欧姆。增益-相位测试端口和S参数测试端口都可以使用并联直通法。对于超过30MHz的频率范围，使用S参数测试端口进行并联直通测试。但是，对于低于100KHz，推荐使用增益-相位测试端口进行阻抗测量，因为增效-相位测试端口使用了半浮地的设计方法，这个方法可以消除由于回流电流在测试电缆屏蔽层所形成的电阻误差，这样可以在低频范围内容易地和精确地测量非常低的阻抗。

对于E5061B网络分析仪：

频率范围：5Hz到30MHz（增益-相位测试口），5Hz到3GHz（S参数测试口1-2）

10%精度阻抗测量范围：1m欧姆到5欧姆（比阻抗分析仪更高的测量灵敏度）

使用自制测试夹具或RF探头

 

 

图20 并联直通法

2.4 典型阻抗测量仪器

业界最典型的3个阻抗测量仪器是：4294A，E4991A，E5061B。它们的特征如下：

4294A精密阻抗分析仪：

测量频率范围从 40 Hz 到 110 MHz

基本测量精度为 ±0.08%

业内最高性能的阻抗测量和分析仪

 

 

图21 4294A精密阻抗分析仪

E4991A 射频阻抗/材料测量分析仪：

 测量频率范围从 1 MHz 到 3GHz

 基本测量精度为 ±0.8%

材料测量功能可以测量介电常数和导磁率（配置选件 002）

 

 

图22 E4991A 射频阻抗/材料测量分析仪

 

E5061B矢量网络分析仪

在 S 参数测量端口上的测量频率范围：从 5 Hz 到 3 GHz

在增益-相位测量端口上的测量频率范围：从 5 Hz 到 30 MHz

基本测量精度为 ±2%

PDN （Power Distribution Network ——供电分配网络）的毫欧量级的阻抗值测试（旁路电容器，开关电源（DC-DC 变换器）的输出阻抗，PCB 板的阻抗等)

图23 E5061B矢量网络分析仪

当测量精度为10% 时，各种仪表的阻抗测量范围的比较。

 

 

图24 三种典型仪器的阻抗测量范围比较 

三、测试误差及校准和补偿

3.1 测量误差

   

对于真实世界的测量，我们必须认为在测量结果中包含误差。常见的误差源有：

仪器的不精确性（包括DC偏置的不精确和OSC电平的不精确）

测试夹具和电缆中的残余参数

噪声

   

这里没有列出DUT的寄生参数，因为DUT的寄生参数是DUT的一部分，我们需要测量包括其寄生参数在内的DUT阻抗。在所列误差源中，如果测试夹具和测试电缆的残余阻抗恒定而稳定，就可对其进行补偿。

3.2 校准

     

校准由"校准平面"定义，在这一校准平面上能得到规定的测量精度。为校准仪器，在校准平面上连接"标准器件"，然后通过调整仪器（通过计算/数据存储），使测量结果在规定的精度范围内。

 

 

图25 校准及其校准平面

自动平衡电桥仪器的校准平面是未知的BNC连接器。执行电缆长度校准后，校准平面移到测试电缆的顶端。自动平衡电桥仪器的校准通常是为了运行和维护，为了维持仪器在规范的精度内，应该周期的进行校准（典型是一年一次）。

   

射频I-V仪器在每次开机或改变频率设置时都要求校准。因为高频时，周边温度、湿度、频率设置等对测量精度都有比较大的影响。需要使用开路、短路和标准负载（低损耗电容有时也要求）进行校准。校准平面在连接校准件的连接器的位置。

 

图26 射频I-V仪器的校准方法和校准平面

3.3补偿

       

补偿能减小DUT与仪器校准平面间误差源的影响。但补偿不能完全消除误差，补偿后得到的测量精度也达不到"校准平面"上得到的精度。补偿与校准不同，它也不能代替校准，因此必须在完成校准后再进行补偿。补偿能有效改进仪器的测量精度。下面介绍3种常见的补偿技术。

3.3.1 偏移补偿

   

当测量