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罗姆R课堂 | 阻抗测量:方式选择和精度提升要点

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在电路设计中,阻抗测量之所以非常重要,是因为它能够准确掌握交流信号下的复阻抗特性(Impedance: Z)。【唯样已成为ROHM Semiconductor/罗姆官方授权代理商】

唯样已成为ROHM Semiconductor/罗姆官方授权代理商


在电路设计中,阻抗测量之所以非常重要,是因为它能够准确掌握交流信号下的复阻抗特性(Impedance: Z)。例如,在数GHz频段下,若天线阻抗发生偏移,将导致通信质量显著下降,并造成非预期的噪声和损耗。在实际应用场景中,虽然需要借助LCR测试仪、阻抗分析仪、VNA(矢量网络分析仪)等测量仪器进行准确测量,但若对测量和分析流程的理解不够充分,则难以发挥预期性能。本指南将从阻抗测量的方式选择和使用方法到精度提升方法,介绍高效率的阻抗测量。


01

阻抗测量的原因和意义

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在电路性能未达设计预期时,准确识别元器件的实际特性对于锁定原因而言非常重要。仅依据规格书参数进行设计,会忽略频率特性和温度变化等因素导致的波动,从而引发非预期工作。这就要求通过阻抗测量来量化波动因素,从而提高设计精度。


实测值与规格值存在差异的原因:寄生分量和频率特性

产品规格书中列出的数值,通常是在1kHz和120Hz等标准测试条件下测得的值。若实际应用设备的工作频段、信号电平、直流偏置、温度及安装条件与其存在差异,实测结果将系统性偏离理想模型。要想预见差异并进行调整,需以理想元件的特性为出发点,了解现实中元器件的寄生分量和频率响应特性,下面以三种元件为例进行说明。


影响测量结果的因素



本节将重点关注元件固有的因素(电容和电感的频率、直流偏置、交流电平、温度),并梳理导致测量结果变化的主要因素。有关因夹具和测量相关因素(校准、布线、周围环境)导致的误差,请参阅“测量步骤和测量环境”章节。


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02

阻抗测量的步骤和解读方法

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要想进行准确的元器件评估和电路性能预测,就需要掌握测量步骤和数据解读方法。如果测量值的判定标准模糊不清,就无法获得预期的性能。下面通过典型的电子元器件测量实例,详细介绍技术和数据的解读方法。


自谐振的发现方法和解读

自谐振频率下,容抗与感抗相等,相位跨越0°。阻抗模值|Z|根据元件取极值:电容器为极小值,电感器为极大值。在实际应用中,通常通过频率扫描来确认|Z|的极值(极小值/极大值)与相位0°在同一频率处重合,并将该频率定义为“SRF”。电容器超过SRF后会呈现感性,而电感器超过SRF后则会呈现容性。


测量前的校准步骤:开路、短路、负载补偿以及夹具管理

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通过矢量网络分析仪等进行单端口(1-port)校准时,需使用开路(Open)、短路(Short)、负载(Load)三种标准件,并将它们分别定义为理想元件叠加实际寄生分量后的模型。


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