測試引線顯然沒有屏蔽,因此會產生寄生阻抗,為了提高測量小量值元件的精度,必須消除這些寄生阻抗。這種寄生阻抗由測試引線的寄生電容和電感組成,他們各自取決于測試引線之間的距離。寄生電容通常稱為電容偏移,會產生一個額外的電流路徑,在進行低電流測量(即高電阻或低電容測量)時會很明顯。這種寄生電流與測量頻率成正比,與鑷子尖之間的距離成反比,因此在較高頻率下測量小尺寸的小值電容器時尤其明顯。
電容偏移校準板
評估電容偏移的最簡單方法是在測試引線之間使用一 個長度適當的小型介質墊片。我們在實驗中使用的是圖 1 所示的電容偏移校準板。電容偏移校準板為確定測試引線之間的寄生偏移提供了一種可靠的方法。仿電路板上的孔代表各種尺寸的元件。使用校準板時,將測試引線放入與被測元件尺寸相對應的孔中,然后將操縱桿推向右側并保持 2 聲嗶聲,即可進行開放校準。
表 1 列出了100 kHz時的測量結果。對元件尺寸進行了參考開放校準設置為 2920(鑷子尖端之間的距離7.4 毫米)。請注意,結果會因鑷子手柄之間的距離和測試引線周圍的環境而略有不同。例如,將手放在測試引線附近或對手柄施加更大的壓力可能會導致幾個fF 的變化。在針對特定元件尺寸對設備進行正確的開放式校準后,元件值的測量絕對精度可達3 fF左右。
電容測量結果
例如,我們對 0.1 至 10 pF 的極小電容器進行了測量。使用的是高公差元件,公差約為0.01至0.05pF或約2%。圖2中顯示的所有測量結果都完全符合圖片上誤差條所指示的公差范圍。如果沒有進行適當的偏置校準,誤差很容易超過 0.1pF或較小電容器電容值的50%至100%。
電感測量的短路校準
探頭的寄生電容會隨著探頭之間距離的增加而減小,而寄生電感則相反。原因很簡單,試想一個很小的元件,其兩側都連接著一根導線。由于導線中的電流流向相反,每根導線的磁場幾乎完全相互補償,因此產生的寄生電感幾乎為零。這正是雙絞線連接在通信系統中非常流行的原因。當我們將導線分開時,補償就會變小,因此產生的磁場和寄生電感就會增加。
與電容偏移提取相反,當使用墊片不會顯著影響寄生電容時,對于電感偏移,我們必須在測試引線之間使用一塊導體,以創建電感偏移提取的短路。這樣的導體將產生額外的電感,在評估偏移時必須將其考慮在內。因此,不幸的是,沒有一種簡單的方法可以像上面描述的那樣提取電容偏移來獲得寄生電感。因此,提出了一種利用測量數據進行線性回歸分析的新方法。
使用 SMD 元件提取電感偏移
較小的電感器需要100MHz至1GHz或甚至更高的測試頻率,這可能不容易獲得。通常,在昂貴的手持式LCR中,測量儀使用10 kHz,而更先進的測量儀,如LCR-Reader[1],可以提供100和250 kHz的測試頻率。更昂貴的臺式LCR儀表可以提供1MHz和更高的測試頻率,但成本要高得多。
使用較低的測試頻率會產生以下問題:
? 需要更高的測量精度,因為必須能夠測量更低的阻 抗值
? 因此,需要對探頭寄生電感進行更精確的提取
? 由于制造商提供的數據表是在更高的頻率下測量的 ,較低的測試頻率會導致電感值被高估,偏差超過 10%,例如 [3]。 實驗中使用了六種不同尺寸的元件:實驗中使用了 01005 、0201、0402、0603、0805 和 1008 六種不同尺寸的元件 ,電感值從 0.3 到 100 nH 不等。為比較結果,使用了一 些測試頻率,即 100、250 和 1,000 kHz。我們進行了一系列測量,并利用線性回歸分析來提取每種元件尺寸的測試 夾具寄生電感。
為了提取測試裝置的寄生電感,理想的方法是使用已知電感的電感器。但實際上,電感在制造過程中會產生一定的公差,這會導致具有相同標稱值的組件之間的偏差。因此,我們使用通過線性回歸分析獲得的平均偏差作為測試夾具的寄生電感。
圖2. 測量電容值與標稱值的偏差。