测试引线显然没有屏蔽,因此会产生寄生阻抗,为了提高测量小量值元件的精度,必须消除这些寄生阻抗。这种寄生阻抗由测试引线的寄生电容和电感组成,他们各自取决于测试引线之间的距离。寄生电容通常称为电容偏移,会产生一个额外的电流路径,在进行低电流测量(即高电阻或低电容测量)时会很明显。这种寄生电流与测量频率成正比,与镊子尖之间的距离成反比,因此在较高频率下测量小尺寸的小值电容器时尤其明显。
电容偏移校准板
评估电容偏移的最简单方法是在测试引线之间使用一 个长度适当的小型介质垫片。我们在实验中使用的是图 1 所示的电容偏移校准板。电容偏移校准板为确定测试引线之间的寄生偏移提供了一种可靠的方法。仿电路板上的孔代表各种尺寸的元件。使用校准板时,将测试引线放入与被测元件尺寸相对应的孔中,然后将操纵杆推向右侧并保持 2 声哔声,即可进行开放校准。
表 1 列出了100 kHz时的测量结果。对元件尺寸进行了参考开放校准设置为 2920(镊子尖端之间的距离7.4 毫米)。请注意,结果会因镊子手柄之间的距离和测试引线周围的环境而略有不同。例如,将手放在测试引线附近或对手柄施加更大的压力可能会导致几个fF 的变化。在针对特定元件尺寸对设备进行正确的开放式校准后,元件值的测量绝对精度可达3 fF左右。
电容测量结果
例如,我们对 0.1 至 10 pF 的极小电容器进行了测量。使用的是高公差元件,公差约为0.01至0.05pF或约2%。图2中显示的所有测量结果都完全符合图片上误差条所指示的公差范围。如果没有进行适当的偏置校准,误差很容易超过 0.1pF或较小电容器电容值的50%至100%。
电感测量的短路校准
探头的寄生电容会随着探头之间距离的增加而减小,而寄生电感则相反。原因很简单,试想一个很小的元件,其两侧都连接着一根导线。由于导线中的电流流向相反,每根导线的磁场几乎完全相互补偿,因此产生的寄生电感几乎为零。这正是双绞线连接在通信系统中非常流行的原因。当我们将导线分开时,补偿就会变小,因此产生的磁场和寄生电感就会增加。
与电容偏移提取相反,当使用垫片不会显著影响寄生电容时,对于电感偏移,我们必须在测试引线之间使用一块导体,以创建电感偏移提取的短路。这样的导体将产生额外的电感,在评估偏移时必须将其考虑在内。因此,不幸的是,没有一种简单的方法可以像上面描述的那样提取电容偏移来获得寄生电感。因此,提出了一种利用测量数据进行线性回归分析的新方法。
使用 SMD 元件提取电感偏移
较小的电感器需要100MHz至1GHz或甚至更高的测试频率,这可能不容易获得。通常,在昂贵的手持式LCR中,测量仪使用10 kHz,而更先进的测量仪,如LCR-Reader[1],可以提供100和250 kHz的测试频率。更昂贵的台式LCR仪表可以提供1MHz和更高的测试频率,但成本要高得多。
使用较低的测试频率会产生以下问题:
◗ 需要更高的测量精度,因为必须能够测量更低的阻 抗值
◗ 因此,需要对探头寄生电感进行更精确的提取
◗ 由于制造商提供的数据表是在更高的频率下测量的 ,较低的测试频率会导致电感值被高估,偏差超过 10%,例如 [3]。 实验中使用了六种不同尺寸的元件:实验中使用了 01005 、0201、0402、0603、0805 和 1008 六种不同尺寸的元件 ,电感值从 0.3 到 100 nH 不等。为比较结果,使用了一 些测试频率,即 100、250 和 1,000 kHz。我们进行了一系列测量,并利用线性回归分析来提取每种元件尺寸的测试 夹具寄生电感。
为了提取测试装置的寄生电感,理想的方法是使用已知电感的电感器。但实际上,电感在制造过程中会产生一定的公差,这会导致具有相同标称值的组件之间的偏差。因此,我们使用通过线性回归分析获得的平均偏差作为测试夹具的寄生电感。
图2. 测量电容值与标称值的偏差。