Los condensadores de cerámica son los principales contribuyentes al rendimiento del circuito que afectan la estabilidad del circuito de control del regulador de voltaje y la impedancia de la red de suministro de energía (PDN) .Cuando se diseña con este tipo de circuito, debe operar en un amplio rango de frecuencias Proporcione buenos datos de impedancia. La tecnología de medición correcta es la clave para lograr mediciones precisas. Este artículo analiza cómo utilizar de manera efectiva dos técnicas simples para lograr una medición de frecuencia precisa y de banda ancha ampliando el rango de Vector Network Analyzer (VNA).
Los condensadores de cerámica son difíciles de medir debido a su rango dinámico de alta impedancia, mientras que los capacitores electrolíticos de tántalo y aluminio más grandes tienen un rango dinámico más pequeño y son más fáciles de medir.
Tomar la medición es típicamente 100nF valor del condensador de cerámica. Cuando 1 Hz, reactancia capacitiva (capacitancia) sobre 1.6MΩ. En la resonancia en serie, la resistencia en serie equivalente (ESR) de aproximadamente 10 m [Omega. Manera precisa a través de una amplia gama de frecuencias Al medir esta capacitancia, el rango dinámico (la relación de la impedancia capacitiva en la frecuencia más baja al ESR a baja impedancia) debe ser de al menos 164dB.
Algunos ingenieros podrían pensar que la medición de los valores de capacitancia tan bajas como 1 Hz es demasiado pequeño, ya que incluso-Tech (Keysight Technologies) del analizador de redes E5061B también mide solamente la impedancia baja capacitancia de 5 Hz. Las técnicas descritas en este documento pueden ser medidos extendido a 1 Hz, rango dinámico de hasta 164dB puede iniciar la exploración de 10 Hz para reducir el rango dinámico de 144dB ;. pero aumenta el margen de ruido de 10 dB en cada límite de la impedancia, 164dB le permite volver inmediatamente al rango requerido.
Elija el instrumento correcto
Pocos instrumentos, a excepción de los analizadores de impedancia especializados, admiten un rango dinámico tan grande. Si la medición de estos componentes es su trabajo principal y no tiene limitaciones presupuestarias, el uso de un analizador de impedancia de alto rendimiento dedicado puede ser un Una buena elección; de lo contrario, puede que este no sea el caso, por lo que un analizador vectorial de redes es la siguiente mejor opción. Los analizadores de red de vectores miden la impedancia y la capacidad de visualización, inductancia, real, imaginaria y de magnitud.
Vector Network Analyzer es inherentemente capaz de medir la impedancia usando tres técnicas diferentes, todas basadas en parámetros de dispersión (parámetros S). La Tabla 1 enumera los tres métodos y la transformación de parámetros S a impedancias Afortunadamente, estas transformaciones de impedancia típicamente están integradas en analizadores de redes vectoriales y no requieren ningún cálculo.
Las tres técnicas de medición son precisas sobre el rango de impedancia especificado, y los rangos recomendados para cada técnica de medición se muestran en la Tabla 2.
Estos son los rangos recomendados y la mayoría de los analizadores de redes vectoriales pueden funcionar mejor siempre que se realice una calibración cuidadosa del instrumento antes de la medición.
Uno de los condensador valor más común de desacoplamiento es 0.1μF, que es por qué decidí 0.1μF baja ESR de cerámica condensadores medida de la razón. En este documento el uso de OMICRON Lab Bode 100 como un ejemplo, las anteriores tres técnicas para la capacitancia de la muestra medición. Figura 2 muestra los resultados de medición es resultados de la medición directamente exportados de Bode analizador de red 100 vector a formato Touchstone, a continuación, la sincronización de información se visualiza en la pantalla Keysigt ADS. como se puede ver, las técnicas de medición que se muestran aquí pueden extenderse Bode 100 rango dinámico.
Los tres métodos funcionan igual de bien en el rango de frecuencia de aproximadamente 100 Hz a 300 kHz, y su rendimiento de medición es mucho mejor que el rango recomendado. Las desviaciones también se producen a frecuencias inferiores a 100 Hz y superiores a 1 MHz. (Shunt Thru) es muy preciso a bajos niveles de impedancia, por lo que mide una impedancia de 10 mΩ a la resonancia. La serie Thru es muy precisa en la medición de la impedancia y, por lo tanto, se puede operar a 1 Hz Se proporciona la impedancia correcta, que es de 1,6 MΩ en este ejemplo. La medición de reflexión de un solo puerto es menos precisa en los rangos de baja y alta impedancia.
Dos técnicas de medición disponibles
Se puede extender el rango dinámico de las dos técnicas, en el rango de 1 Hz a 50 MHz para medir con precisión el valor de capacidad. Un método es comúnmente usado como un adaptador de impedancia analizador adaptador de impedancia apropiado red vector usando un puente de resistencia a extendido rango dinámico. la Fig. 2 está conectado a una red vector de impedancia analizador de 20 mW soporte adaptador cuando la gama recomendada de 1 Hz. frecuencia de resonancia de 20 MHz, el valor mínimo recomendado de aproximadamente 6 [mediciones de impedancia Omega. a bajas frecuencias, el máximo recomendado La impedancia es 600kΩ.
El segundo método es insertar una resistencia entre cada puerto del analizador vectorial de redes. La figura 3 muestra los componentes medidos en la configuración 'TEE'. Seleccione la resistencia en serie para modificar el rango de impedancia de este método.
La conexión de la resistencia en serie y el condensador en derivación se muestra en la Figura 4.
Las mediciones de capacitancia se realizan utilizando adaptadores de impedancia y condensadores en derivación y serie de dos puertos Las mediciones se exportan directamente al formato Touchstone del Bode 100 Vector Network Analyzer y luego se muestran en la pantalla de datos ADS Keysight como se muestra en la Figura 5 Mostrar.
Ambos métodos se pueden adaptar de 1Hz a 1.6MΩ en el punto de todo el rango dinámico 164dB de 10mΩ.-Band resistencia en serie de doble puerto de resonancia se puede hacer una evaluación más precisa de 10M cuando resonancia. Parte porque condensador soldado directamente en el impreso una placa de circuito, la influencia de la variación de la impedancia de la resistencia de contacto entre la calibración adaptador y medición. dondequiera que, las propiedades de impedancia del adaptador son mucho más allá de la 20MHz rendimiento tiempo 6Ω especificado, y ambos métodos puede proporcionar muy Alto rango dinámico.
Comparación de dos métodos
Ambos métodos tienen ventajas y desventajas. Adaptador de impedancia es fácil de usar, y no tiene que ser soldado a un miembro de placa de circuito impreso. Además, tiene una impedancia mínima más alta, y la necesidad de una calibración corto de carga abierta, y no pueden ajustar el rango de medición . por medio seleccionados resistencia en serie, puede ser para un rango específico con un método paralelo de doble puerto de la optimización de la resistencia en serie. este método generalmente requiere elementos de fijación a una placa de circuito se midió.
Resumen
Este artículo describe tres tipos de métodos nativos de medición de impedancia de analizador de red: método de emisión de puerto único, serie de puerto dual y método directo y método directo paralelo de dos puertos, y se admitieron tres métodos rango dinámico y rango de impedancia. Se puede usar un método de vector simple analizador de red para medir con precisión el rango dinámico de 164 dB de un capacitor cerámico de 100nF.