一、Concepts de base de la mesure d'impédance

 

Définition de l'impédance :

• L'impédance est la réaction totale des composants ou des circuits aux signaux alternatifs périodiques.

• AC Signal de test AC (amplitude et fréquence).

• Y compris la partie réelle et la partie imaginaire.

Figure 1, définition de l'impédance

 

L'impédance est un paramètre important pour évaluer les circuits, les composants et les matériaux des composants de fabrication. Alors, qu’est-ce que l’impédance ? Examinons d'abord la définition de l'impédance.

 

Premièrement, l'impédance est un vecteur.

 

Généralement, l'impédance fait référence à la résistance d'un appareil ou d'un circuit au courant alternatif qui le traverse à une fréquence donnée. Il est représenté par le nombre complexe sur le plan vectoriel. Un vecteur impédance comprend une partie réelle (résistance R) et une partie imaginaire (réactance x). Comme le montre la figure 11-1, l'impédance est représentée par z = R + JX dans le système de coordonnées rectangulaires. Ensuite, dans le système de coordonnées polaires, l'impédance peut être exprimée par l'amplitude et l'angle de phase. La partie réelle et la partie imaginaire dans le système de coordonnées rectangulaires peuvent être mathématiquement converties en amplitude et phase dans le système de coordonnées polaires.

 

Deuxièmement, rappelez-vous que l’unité d’impédance est l’Ohm. De plus, considérons que la résistance (R), l'inductance (L) et la capacité (c) bien connues correspondent respectivement à la position dans le plan d'impédance complexe.

 

Formule d'impédance de la figure 2

 

Qu’est-ce que l’admission ?

 

L'admission est l'inverse de l'impédance. Elle peut également être exprimée en partie réelle (g conductivité) et en partie imaginaire (susceptance). Son unité est Siemens.

Fig. 3 formule d'admission

 

Pourquoi y a-t-il deux expressions d'impédance et d'admission ? Il s'agit principalement d'exprimer très simplement deux modes de connexion série et parallèle courants. Lorsque la résistance et la réactance sont connectées en série, l’expression de l’impédance est très simple et facile à utiliser. Cependant, lorsque la résistance et la réactance sont connectées en parallèle, l’expression de l’impédance est très complexe. À l’heure actuelle, l’utilisation de l’admission est très simple et facile à utiliser.

Fig. 4 Relation entre impédance et admission

 

Relation entre l'impédance et l'inductance L et la capacité C :

   

Il existe deux formes de réactance : la réactance inductive (XL) et la réactance capacitive (XC). L'inductance correspond à la réactance inductive et la capacité correspond à la réactance capacitive. Pour une inductance et une capacité idéales, elles sont respectivement proportionnelles et inversement proportionnelles à la réactance inductive et à la réactance capacitive. Par définition,

 

XL=2pfL=wL

                        

XC= 1/2pfC=1/wC  

 

F est la fréquence du signal AC, l est l'inductance et C est la capacité. L'unité d'inductance est Heng et l'unité de capacité est fa.

   

W est la vitesse angulaire, w = 2pF.

Fig. 5 Relation entre l'impédance et la capacité/inductance

 

Si le diagramme impédance/fréquence de l'inductance est également tracé dans le même diagramme d'impédance, il n'est pas difficile de constater que l'impédance de l'inductance augmente avec l'augmentation de la fréquence et que l'impédance de la capacité diminue avec l'augmentation de la fréquence. Même pour les inductances ou condensateurs idéaux, leur impédance change avec la fréquence du signal CA incident.

 

Facteur de qualité Q et facteur de perte D :

   

Le facteur de qualité Q est un indice permettant de mesurer la pureté de la réactance (et de la susceptance). Autrement dit, le facteur de qualité Q indique que le dispositif est proche de la réactance pure. Plus le facteur de qualité est grand, plus la valeur absolue de la réactance est grande. A l'inverse, plus la résistance de l'appareil est faible.

   

En fait, la partie réelle de l'impédance de l'appareil, c'est-à-dire la résistance, indique la perte d'énergie après la transmission de l'énergie à travers l'appareil. Par conséquent, il ressort de la formule ci-dessus que le facteur de qualité indique le degré de perte d'énergie de l'appareil.

   

Le facteur de qualité (q) est une mesure de la pureté de la réactance (c'est-à-dire la proximité de la réactance pure, c'est-à-dire l'absence de résistance), qui est définie comme le rapport entre l'énergie stockée dans l'élément et l'énergie perdue par l'élément.

   

Q est une unité sans dimension et l'expression est q = x / r = B / g. Vous pouvez voir sur la figure 6 que Q est la tangente de l'angle Q.

   

Q est généralement applicable aux inducteurs. Pour les condensateurs, le terme indiquant la pureté est généralement représenté par le facteur de dissipation (d). Le facteur de dissipation est l'inverse de Q, qui est également la tangente de l'angle complémentaire Q, et l'angle D est représenté sur la figure 6.

 

 

Figure 6 : facteur de qualité et facteur de perte

 

Modèle de capacité réel :

   

Examinons de plus près les vrais appareils capacitifs. Tout d’abord, nous devons être clairs sur le fait que différents matériaux et technologies de fabrication entraîneront des paramètres parasites de différentes tailles. Les fils de l'appareil produiront une résistance et une inductance série indésirables, et il y aura une résistance parallèle parasite et une capacité parasite aux deux extrémités de l'appareil. De manière à affecter la facilité d'utilisation de l'élément et la précision de la résistance, de la capacité ou de l'inductance déterminée.

   

Un composant du monde réel contient de nombreux paramètres parasites. En tant que combinaison des paramètres principaux et des paramètres parasites des composants, comme le montre la figure ci-dessus, un composant est comme un circuit complexe.

 

 

Figure 7, modèle de capacité réelle

 

   

Pourquoi tester l'impédance ?

   

L'impédance de l'élément est affectée par de nombreux facteurs

• Fréquence

• Signal de test

• Décalage CC

• Température

• Autres

En raison de paramètres parasites, la fréquence a un impact sur tous les composants réels. Tous les paramètres parasites n’affecteront pas les résultats de mesure, mais ce sont certains paramètres parasites principaux qui déterminent les caractéristiques fréquentielles de l’élément. Lorsque les valeurs d'impédance des composants principaux sont différentes, les principaux paramètres parasites seront également différents. Figues. 8 à 10 montrent les réponses en fréquence typiques de résistances, inductances et condensateurs réels.

Fig. 8 Effet de la fréquence sur l'impédance de la résistance

Fig. 9 Effet de la fréquence sur l'impédance de l'inductance

Fig. 10 effet de la fréquence sur l'impédance de la capacité

 

Influence du niveau du signal AC (capacité) :

   

La capacité CMS (avec une constante diélectrique différente, K) liée à la tension alternative est affectée par la tension d'essai alternative, comme le montre la figure 11.

Fig. 11 Capacité affectée par la tension d'essai CA

 

L'inducteur à noyau magnétique est affecté par les caractéristiques d'hystérésis électromagnétique du matériau de la bobine, et l'inductance de la bobine changera avec le changement du courant du signal de test, comme le montre la FIG. 12.

Fig. 12 Inducteur à noyau magnétique affecté par le courant de test CA

 

La polarisation CC modifiera également les caractéristiques de l'appareil. Il est bien connu que la polarisation CC affecte les caractéristiques des dispositifs semi-conducteurs, tels que les diodes et transistors et autres dispositifs passifs/dispositifs passifs. Pour les condensateurs constitués de matériaux à constante diélectrique élevée, plus la tension de polarisation CC appliquée au dispositif est élevée, plus le changement de capacité est important.

Figure 13 : condensateur céramique affecté par le niveau de polarisation CC

 

Pour les inductances à noyau, l'inductance varie en fonction du courant continu circulant dans la bobine, ce qui est principalement dû aux caractéristiques de saturation du flux magnétique du matériau de la bobine.

   

Désormais, l’alimentation à découpage est très courante. Les inductances de puissance sont généralement utilisées pour filtrer les interférences RF et le bruit dus aux commutateurs à courant élevé. Afin de maintenir de bonnes caractéristiques de filtrage et de réduire l'ondulation d'un courant important, les caractéristiques de l'inducteur de puissance doivent être mesurées dans des conditions de travail pour garantir que les caractéristiques de roulement de l'inducteur n'affectent pas ses caractéristiques de fonctionnement.

 

Fig. 14 inducteur de noyau affecté par le courant de polarisation CC

 

La plupart des appareils sont sensibles à la température. Pour la résistance, l'inductance et la capacité, la caractéristique de température est un paramètre de spécification très important. La courbe ci-dessous montre la corrélation entre la capacité céramique avec différentes constantes diélectriques et températures.

 

FIGUE. 15 capacités céramiques affectées par la température

二、Méthode et principe de mesure de l'impédance

 

Il existe de nombreuses méthodes alternatives de mesure d’impédance, et chaque méthode présente ses propres avantages et inconvénients. Il faut d’abord considérer les exigences et les conditions de mesure, puis sélectionner la méthode la plus appropriée. Les facteurs à prendre en compte comprennent la couverture de fréquence, la plage de mesure, la précision des mesures et la commodité d'utilisation. Aucune méthode ne peut inclure toutes les capacités de mesure, un compromis est donc nécessaire dans le choix des méthodes de mesure. Ce qui suit se concentre sur trois méthodes en fonction des caractéristiques des circuits numériques à grande vitesse. Si seules la précision des mesures et la commodité de fonctionnement sont prises en compte, le pont d'équilibrage automatique est le meilleur choix jusqu'à la fréquence de 110 MHz. Pour la mesure de 100 MHz à 3 GHz, la méthode RF IV a la meilleure capacité de mesure, et la technologie d'analyse de réseau est recommandée pour les autres. 2.1 Méthode du pont d'équilibre automatique

   

Le courant circulant à travers le DUT traverse également la résistance RR. Le potentiel au point "L" est maintenu à 0V (appelé ainsi "terre virtuelle"). L'amplificateur de conversion IV équilibre le courant sur le RR avec le courant du DUT. La valeur d'impédance du DUT peut être calculée en mesurant la tension haut de gamme et la tension sur RR.

   

La configuration réelle du pont d'équilibre automatique de divers instruments sera différente. La plage de basses fréquences du compteur LCR conventionnel est généralement inférieure à 100 kHz, et un simple amplificateur opérationnel peut être utilisé comme convertisseur IV. En raison des performances limitées de l’amplificateur, ce type d’instrument a une faible précision à haute fréquence. Le convertisseur IV utilisé dans le compteur LCR à large bande et l'analyseur d'impédance comprend un détecteur complexe, un intégrateur et un modulateur vectoriel pour garantir une grande précision dans une large plage de fréquences supérieure à 1 MHz. Ce type d'instrument peut atteindre la fréquence la plus élevée de 110Mhz.

Figure 16 Principe de la méthode du pont d'équilibre automatique

Avantages et inconvénients de la méthode du pont d’équilibre automatique :

• Le test de base le plus précis, précision 0.05 %

• Plage de mesure d'impédance la plus large : C, l, D, Q, R, x, G, B, Z, y, O

• La plus large gamme de conditions de tests électriques

• Facile à utiliser

• Basse fréquence, f < 110 MHz

2.2 Méthode RFIV

   

La méthode RF IV utilise un circuit de mesure d'adaptation d'impédance (50 ohms) et un port de test coaxial de précision pour réaliser différentes configurations et peut fonctionner à une fréquence plus élevée. Il existe deux manières de placer un voltmètre et un ampèremètre pour prendre en charge respectivement les mesures de faible impédance et de haute impédance. Comme le montre la figure, l'impédance du dispositif testé (DUT) est dérivée des valeurs mesurées de tension et de courant, et le courant circulant à travers le DUT est calculé à partir de la tension sur la résistance R à faible résistance avec une résistance connue. Dans la mesure réelle, un transformateur à faible perte est placé sur la résistance R, mais le transformateur limite également l'extrémité inférieure de la plage de fréquence applicable.

Figure 17 Méthode RFIV

 

Avantages et inconvénients de la méthode RF IV

• Gamme de fréquences large/haute, 1 MHz < f < 3 GHz

• Bonne précision des tests, précision des tests de base 0.8 %

• Large plage de mesure d'impédance, 100 m – 50 kW avec une précision de 10 %

• 100 MHz, la méthode de test la plus précise

• Test du dispositif de mise à la terre

2.3 Segmentation du réseau

   

Le coefficient de réflexion est obtenu en mesurant le rapport entre le signal injecté et le signal réfléchi. Le signal réfléchi est détecté par un coupleur directionnel ou un pont, et le signal est fourni et mesuré par un analyseur de réseau. Puisque cette méthode mesure la réflexion sur le DUT, elle peut être utilisée dans une plage de fréquences plus élevée.

 

Figure 18. Méthode d'analyse du réseau

 

Selon les exigences de mesure réelles, la méthode d'analyse du réseau étend plusieurs méthodes pour améliorer la plage d'impédance du test.

 

2.3.1 Méthode de réflexion

   

Il s’agit de la méthode d’analyse de réseau la plus courante. Testez l'impédance en testant S11. La formule est la suivante :

 

ZDUT=50(1+S11)/(1-S11)

 

Pour l'analyseur de réseau e5061b :

 

Plage de fréquence mesurable : 5 Hz à 3 GHz

Plage d'impédance de précision de 10 % : 1 ohm ~ 2 K ohm

Un dispositif de test de série de type 7 mm peut être utilisé

 

2.3.2 Méthode directe en série

   

Comme le montre la figure, la méthode série via connecte les DUT de mesure en série. Pour le e5061b, le port de test de phase de gain et le port de test des paramètres S peuvent utiliser la méthode série via. En revanche, le port de test de phase de gain est plus pratique car le dispositif de test du dispositif à 4 bornes peut être directement connecté au port de test de phase de gain. Cependant, la plage de fréquences maximale n'est que de 30 MHz. Si vous souhaitez tester une fréquence plus élevée, vous pouvez utiliser le paramètre S pour tester le port. Cependant, lorsque la fréquence atteint plusieurs centaines de mégaoctets, il est difficile d'éliminer l'erreur provoquée par la série grâce au dispositif de test. Par conséquent, la limite de fréquence réelle est d’environ 200 MHz ou 300 MHz.

 

Pour l'analyseur de réseau e5061b :

• Plage de fréquence mesurable : 5 Hz à 30 MHz (port de test de phase de gain)

• 5 Hz à des centaines de MHz (port de test des paramètres)

• Plage de mesure d'impédance avec une précision de 10 % : 5 ohms à 20 XNUMX ohms

• Appareil de test disponible (port de test de phase de gain)

• Non applicable aux mesures connectées au DUT

Méthode directe de la série Figure 19

 

2.3.3 Méthode directe parallèle

   

Comme le montre la figure, la méthode parallèle teste l'impédance via des DUT parallèles. Cette méthode est très adaptée à la mesure d’appareils à faible impédance, pouvant atteindre 1 m ohm. Le port de test de phase de gain et le port de test des paramètres S peuvent utiliser une méthode parallèle directe. Pour la plage de fréquences supérieure à 30 MHz, utilisez le port de test des paramètres S pour le test parallèle. Cependant, pour moins de 100 kHz, il est recommandé d'utiliser le port de test de phase de gain pour la mesure d'impédance, car le port de test de phase d'efficacité utilise la méthode de conception semi-flottante, qui peut éliminer l'erreur de résistance causée par le courant de retour dans le blindage du câble de test. couche, de sorte que la très faible impédance puisse être mesurée facilement et avec précision dans la plage des basses fréquences.

 

Pour l'analyseur de réseau e5061b :

 

Gamme de fréquences : 5 Hz à 30 MHz (port de test de phase de gain), 5 Hz à 3 GHz (port de test des paramètres 1-2)

 

Plage de mesure d'impédance de précision de 10 % : 1 m ohm à 5 ohm (sensibilité de mesure plus élevée que l'analyseur d'impédance). Utilisez un appareil de test fabriqué par vous-même ou une sonde RF

 

Figure 20 Méthode parallèle directe

2.4 Instrument de mesure d'impédance typique

 

Les trois instruments de mesure d'impédance les plus courants dans l'industrie sont le 4294A, le e4991a et le e5061b. Leurs caractéristiques sont les suivantes :

 

Analyseur d'impédance de précision 4294A :

La fréquence de mesure varie de 40 Hz à 110 MHz

La précision de base des mesures est de & plusmn; 0.08%

La mesure et l'analyseur d'impédance les plus performants du secteur

 

Figure 21 Analyseur d'impédance de précision 4294A

 

Analyseur de mesure d'impédance/matériau RF E4991a :

 La plage de fréquences de mesure est de 1 MHz à 3 GHz

 La précision de base des mesures est de & plusmn; 0.8%

La fonction de mesure des matériaux peut mesurer la constante diélectrique et la perméabilité (option de configuration 002)

 

Figure 22 Analyseur de mesure d'impédance/matériau RF e4991a

 

Analyseur de réseau vectoriel E5061b

Plage de fréquence de mesure sur le port de mesure des paramètres S : de 5 Hz à 3 GHz

Plage de fréquence de mesure sur port de mesure de phase de gain : de 5 Hz à 30 MHz

La précision de base des mesures est de & plusmn; 2%

PDN (réseau de distribution d'énergie ——Test de valeur d'impédance en milliohms du réseau de distribution d'alimentation (condensateur de dérivation, impédance de sortie de l'alimentation à découpage (convertisseur DC-DC), impédance de la carte PCB, etc.)

Figure 23 Analyseur de réseau vectoriel e5061b

 

Comparaison des plages de mesure d'impédance de divers instruments lorsque la précision de mesure est de 10 %.

Fig. 24 comparaison des plages de mesure d'impédance de trois instruments typiques

 

三、Erreur de test, étalonnage et compensation

 

3.1 Erreur de mesure

   

Pour les mesures réelles, nous devons considérer que les erreurs sont incluses dans les résultats de mesure. Les sources d'erreur courantes sont : l'inexactitude de l'instrument (y compris l'imprécision de la polarisation CC et l'inexactitude du niveau OSC), le bruit résiduel des paramètres dans le dispositif de test et le câble.

   

Les paramètres parasites du DUT ne sont pas listés ici car les paramètres parasites du DUT font partie du DUT. Nous devons mesurer l'impédance du DUT, y compris ses paramètres parasites. Parmi les sources d'erreur répertoriées, si l'impédance résiduelle du dispositif de test et du câble de test est constante et stable, elle peut être compensée.

 

3.2 Calibrage

     

L'étalonnage est défini par un « plan d'étalonnage » sur lequel la précision de mesure spécifiée peut être obtenue. Pour calibrer l'instrument, connectez le « dispositif standard » sur le plan d'étalonnage, puis ajustez l'instrument (par calcul/stockage de données) pour obtenir les résultats de mesure dans la plage de précision spécifiée.

Calibrage de la figure 25 et son plan de calibrage

 

Le plan d'étalonnage de l'instrument de pont d'équilibrage automatique est un BNC inconnu connecteur. Après avoir effectué l'étalonnage de la longueur du câble, déplacez le plan d'étalonnage vers le haut du câble de test. L'étalonnage d'un instrument à pont d'équilibrage automatique est généralement destiné à l'exploitation et à la maintenance. Afin de maintenir l'instrument dans la précision spécifiée, il doit être étalonné périodiquement (généralement une fois par an).

   

Les instruments RF IV doivent être étalonnés à chaque mise sous tension ou chaque fois que le réglage de fréquence est modifié. En effet, à haute fréquence, la température ambiante, l'humidité et le réglage de fréquence ont un impact important sur la précision de mesure. Un circuit ouvert, un court-circuit et une charge standard (une faible capacité de perte est parfois requise) sont nécessaires pour l'étalonnage. Le plan d'étalonnage se trouve à la position du connecteur connexion de la pièce d'étalonnage.

 

Figure 26 Méthode d'étalonnage et plan d'étalonnage de l'instrument RF IV

 

3.3Rémunérer

       

La compensation peut réduire l'influence de la source d'erreur entre le DUT et le plan d'étalonnage de l'instrument. Cependant, la compensation ne peut pas éliminer complètement l'erreur et la précision de mesure obtenue après compensation ne peut pas atteindre la précision obtenue sur le « plan d'étalonnage ». La compensation est différente de l'étalonnage et ne peut pas remplacer l'étalonnage, la compensation doit donc être effectuée après l'étalonnage. La Compensation peut améliorer efficacement la précision de mesure de l'instrument. Voici trois technologies de rémunération courantes.

 

3.3.1 Compensation compensatoire

   

Lorsque la mesure n'est affectée que par une seule composante résiduelle, la valeur efficace peut être obtenue en soustrayant la valeur d'erreur de la valeur mesurée. Dans le cas d'une mesure de capacité de faible valeur, comme le montre la figure ci-dessous, la capacité parasite CO en parallèle avec la capacité DUT CX a le plus grand impact sur les résultats de mesure, qui peut être compensé en soustrayant la capacité parasite de la valeur mesurée cm. La valeur de capacité parasite peut être obtenue lorsque la borne de mesure est en circuit ouvert.

Figure 27 Compensation de décalage

 

3.3.2 Compensation des circuits ouverts et courts-circuits

 

La compensation des circuits ouverts et des courts-circuits est la technologie de compensation la plus couramment utilisée dans les instruments de mesure d'impédance. Cette méthode suppose que les paramètres résiduels du montage de test peuvent être représentés par un simple circuit L/R/C/g, comme le montre la figure (a) ci-dessous. Lorsque le terminal inconnu est ouvert, comme le montre la figure (b) ci-dessous, prenez l'admittance parasite mesurée go + jwco comme yo, car l'impédance résiduelle ZS peut être ignorée. Lorsque la borne inconnue est court-circuitée, comme le montre la figure (c) ci-dessous, l'impédance mesurée représente l'impédance résiduelle ZS = RS + jwls, car yo est contourné. De cette manière, puisque chaque paramètre résiduel est connu, l'impédance zdut du DUT peut être calculée à partir de la formule donnée dans la figure (d) ci-dessous.

Figure 28 Compensation circuit ouvert/court-circuit

 

3.3.4 Compensation de circuit ouvert, de court-circuit et de charge

   

Il existe de nombreuses conditions de mesure et des paramètres résiduels complexes ne peuvent pas être modélisés selon le simple circuit équivalent illustré dans la figure ci-dessus. La compensation de circuit ouvert/court-circuit/charge est une technologie de compensation avancée adaptée aux circuits résiduels complexes. Afin de compenser le circuit ouvert/court-circuit/charge, trois mesures doivent être effectuées avant de mesurer le DUT, c'est-à-dire le circuit ouvert et le court-circuit à l'extrémité du dispositif de test, et connecter le DUT de référence (charge). Lors de la mesure DUT, les résultats de mesure (données) obtenus peuvent être utilisés dans le calcul. Comme le montre la figure ci-dessous, le modèle d'impédance résiduelle du dispositif de test établi par circuit ouvert/court-circuit/compensation de charge est un circuit réseau à 4 bornes représenté par les paramètres ABCD. Si ces trois éléments sont connus et que le circuit réseau à 4 bornes est un circuit linéaire, chaque paramètre peut être connu.

 

La compensation de circuit ouvert/court-circuit/charge doit être utilisée dans les cas suivants :

Des circuits ou composants passifs supplémentaires sont connectés (tels que des circuits de polarisation CC externes, des transformateurs asymétriques équilibrés, des atténuateurs et des filtres).

Utilisez un scanner, un multiplexeur ou un commutateur matriciel.

Utilisez une longueur de câble de test non standard ou prolongez le câble 4tp avec un câble de test Agilent standard.

Améliorez le signal de test avec un amplificateur.

Utilisez la cartouche de composants.

Utilisez le montage de test réalisé par l'utilisateur.

 

Dans les conditions énumérées ci-dessus, la compensation de circuit ouvert/court-circuit ne répondra pas aux exigences et les résultats de mesure comporteront une erreur considérable.

 

 

Figure 29 circuit ouvert/court-circuit/compensation de charge

 

3.4 Erreur causée par la résistance de contact

   

Toute résistance de contact entre l'électrode du DUT et le dispositif de test ou l'électrode du banc de test entraînera une erreur de test. La résistance de contact du mode de connexion à 2 ou 4 bornes du DUT est différente. Dans le cas d'une connexion à 2 bornes, la résistance de contact est superposée à l'impédance du DUT en série, ce qui entraîne une erreur positive de lecture de D (facteur de dissipation). Dans le cas d'une connexion à 4 ports, il existe des résistances de contact RHC, RHP, RLC et RLP comme indiqué sur la figure (b) ci-dessous. L'influence de la résistance de contact des différentes bornes est également différente. Le RHC réduit le niveau du signal de test appliqué au DUT, mais il ne produit pas directement d'erreur de mesure. RLP peut provoquer un déséquilibre du pont d'équilibrage automatique, mais cet effet peut généralement être ignoré. RHP et CHP constituent un filtre passe-bas, qui provoquera l'atténuation et le déphasage du signal d'entrée HP, entraînant une erreur de mesure.

 

Fig. 30 erreur causée par la résistance de contact

 

3.5 Erreur introduite par l'extension du câble

   

Le câble de mesure 4tp étendu à partir de l'instrument introduira l'erreur d'amplitude et le déphasage du signal de mesure en fonction de la longueur et de la fréquence de mesure du câble étendu. L'extension du câble pose les deux problèmes suivants :

 

Erreur de mesure d'impédance et déséquilibre du pont

   

L'erreur de mesure est principalement causée par les câbles connectés aux extrémités HP et LC. Si la longueur et la constante de propagation du câble sont connues, l'instrument peut la compenser. Le déphasage de la boucle de rétroaction comprenant les câbles RR, amplificateur et LP et LC provoquera le déséquilibre du pont. Cependant, une compensation de déphasage peut être effectuée à l'intérieur du circuit de rétroaction. Ce n'est que dans la région des fréquences plus élevées (généralement supérieures à 100 kHz) que ces deux problèmes ont un impact significatif, et l'instrument de test d'impédance Agilent peut compenser le câble fourni par Agilent. Dans la région des fréquences inférieures, la capacité du câble ne fera que réduire la précision de la mesure (sans affecter l'équilibre du pont).

 

La compensation de longueur de câble est utilisée pour les câbles de test dont la longueur et la constante de propagation sont connues, tels que les câbles de test de 1 m (2 m ou 4 m) fournis par Agilent. Si des câbles de longueurs et de types différents sont utilisés, outre les erreurs de mesure, un déséquilibre du pont peut également être provoqué.

 

3.6Calibrage et compensation de la méthode de passage direct parallèle

   

Lorsque le e5061b est utilisé pour tester l'impédance en milliohms du PDN, la méthode de passage en parallèle doit également prendre en compte l'étalonnage et la compensation. Généralement, lors du test de basse fréquence, le port de test de phase de gain est utilisé. Généralement, seul l'étalonnage permet d'obtenir une précision de test d'impédance suffisante. Lors du test de la haute fréquence, utilisez le paramètre S pour tester le port, qui peut être calibré avec sol, ou calibrage sol plus extension de port. Si la table de sonde est utilisée, la pièce d'étalonnage fournie par la table de sonde peut être directement calibrée à la position de la pointe de la sonde avec du sol.

 

Fig. 31 Étalonnage et compensation de la méthode parallèle directe pour la mesure de faible impédance

四、Test des câbles et des pinces

 

Lors de la connexion du DUT au terminal de mesure de l'instrument à pont d'équilibrage automatique, il existe plusieurs configurations de connexion optionnelles. Dans l'instrument de mesure d'impédance RF, la configuration de connexion de la méthode à deux bornes ne peut être utilisée que.

 

4.1 Configuration des bornes

   

Le panneau avant de l'instrument à pont d'équilibre automatique est généralement équipé de quatre bornes inconnues (HC, HP, LP et LC). Il existe différentes méthodes de configuration pour connecter le DUT et un terminal inconnu. Chaque méthode ayant ses propres avantages et inconvénients, la méthode de configuration la plus appropriée doit être sélectionnée en fonction de l'impédance du DUT et de la précision de mesure requise.

   

Configuration à 2 bornes (2t) :

   

Il s’agit de la méthode la plus simple, mais elle comporte de nombreuses sources d’erreurs. L'inductance du fil, la résistance du fil et la capacité parasite entre les deux fils seront superposées aux résultats de mesure. En raison de ces sources d'erreur, la plage de mesure d'impédance typique (sans compensation) est limitée entre 100 ohms et 10 XNUMX ohms.

Figure 32 Configuration à 2 bornes (2t)

 

   

Configuration à 3 bornes (3T) :

   

Le câble coaxial est utilisé pour réduire l’influence de la capacité parasite. Le conducteur extérieur (blindage) du câble coaxial est connecté à la borne de protection. Il peut améliorer la précision de mesure dans la plage de mesure d'impédance supérieure, mais comme il existe toujours une inductance et une résistance de plomb, il ne peut pas améliorer la précision de mesure dans la plage d'impédance inférieure. La plage d'impédance typique peut être étendue jusqu'à plus de 10 XNUMX ohms.

Figure 33 Configuration à 3 bornes (3T)

 

 

Configuration à 4 bornes (4T) :

   

L'influence de l'inductance du fil peut être réduite car le chemin du courant du signal et le câble sensible au circuit sont indépendants l'un de l'autre. La précision des plages de mesure d'impédance inférieure, aussi basses que 1 ohm, peut généralement être améliorée. Lorsque l'impédance du DUT est inférieure à 1 ohm, un courant de signal important traversera le chemin du courant et son couplage d'inductance mutuelle avec le câble sensible à la tension produira une erreur.

Figure 34 Configuration à 4 bornes (4T)

   

Configuration à 5 bornes (5T) :

       

Il s'agit d'une combinaison de configurations 3T et 4T. Il est équipé de quatre câbles coaxiaux, et les conducteurs extérieurs de ces quatre câbles sont connectés à l'extrémité de protection. Cette configuration a une large plage de mesure de 1 ohm à 10 m ohm, mais le problème de l'inductance mutuelle existe toujours.

Figure 35 Configuration à 5 bornes (5T)

   

Utilisation de câbles de test à hautes fréquences :

   

La configuration 4tp est la meilleure solution pour la mesure d'impédance sur une large plage. Cependant, dans la mesure de base 4tp, étant donné que la longueur du câble doit être plus courte que la longueur d'onde, la longueur du câble est limitée par la fréquence de mesure. La formule suivante peut être utilisée pour déterminer cette limitation : base de mesure d'impédance (suite)

       

Ici : F est la fréquence de mesure (MHz)

             

L est la longueur du câble (m)

   

Lorsque la longueur du câble est de 1 m, la limite de fréquence maximale est d'environ 15 MHz. Si la longueur du câble ou la fréquence dépasse cette limite, le pont d'équilibrage automatique risque de ne pas être équilibré. Pour la mesure d'impédance à des fréquences plus élevées (généralement supérieures à 100 kHz), une compensation de la longueur du câble est également requise.

 

4.2 Montage d'essai

   

Dans la mesure d'impédance, le dispositif de test joue un rôle important tant du point de vue mécanique qu'électrique. La qualité du luminaire détermine la limite de la qualité totale de la mesure.

   

Agilent propose différents types de montages de test en fonction des types de pièces testées. Afin de sélectionner le dispositif de test DUT le plus approprié, il est nécessaire de prendre en compte non seulement la disposition physique du contact, mais également la plage de fréquences disponible, les paramètres résiduels et la tension continue autorisée. L'extrémité de contact (connexion DUT) du dispositif de test peut être composée de 2 ou 4 extrémités pour s'adapter à différentes applications.

   

Si le DUT ne peut pas utiliser le dispositif de test fourni par Agilent, un dispositif de test spécial pour l'application peut être créé. Les facteurs clés suivants doivent être pris en compte lors de la création de montages de test.

   

1. Les paramètres résiduels doivent être minimisés.

   

Afin de minimiser les paramètres résiduels, la configuration 4tp doit être aussi proche que possible du DUT. De plus, une technologie de protection appropriée peut éliminer l’influence des capacités parasites.

   

2. La résistance de contact doit être minimisée.

   

La résistance de contact provoquera des erreurs à proximité. Dans le cas d'une configuration 2tp, cela affectera directement les résultats de mesure. Les électrodes de contact doivent être fermement connectées au DUT et maintenues propres à tout moment. Les électrodes doivent être constituées de matériaux résistant à la corrosion.

   

3. Les contacts doivent pouvoir s'ouvrir et se court-circuiter.

 

La compensation des circuits ouverts/courts-circuits peut facilement réduire l'influence des paramètres résiduels du dispositif de mesure. Pour la mesure d'un circuit ouvert/court-circuit, l'électrode de contact doit être ouverte et court-circuitée. Pour les mesures en circuit ouvert, l'électrode de contact doit être placée à la même distance que lorsqu'elle est connectée au DUT. Pour la mesure de court-circuit, un conducteur sans perte (faible impédance) doit être connecté entre les électrodes ou directement connecté à l'électrode de contact. Si vous souhaitez conserver l'électrode dans une configuration à 4 bornes, vous devez d'abord connecter la borne de courant et la borne de potentiel.

 

4.3 Câble d'essai

   

Lorsqu'il y a une certaine distance entre le DUT à tester et l'instrument, il est nécessaire d'étendre le port de test (terminal inconnu) avec un câble. Si la longueur du câble d'extension n'est pas prise en compte, cela provoquera non seulement des erreurs, mais entraînera également un déséquilibre du pont, de sorte qu'il sera impossible de mesurer.

   

Agilent propose une variété de câbles de test de 1 m, 2 M et 4 m avec l'instrument. Lors de la sélection du câble de test, la longueur du câble et la plage de fréquences disponibles doivent être prises en compte. L'erreur de câble étant connue, l'instrument Agilent peut minimiser l'influence du câble de mesure. L'erreur de test augmentera avec l'augmentation de la longueur du câble et de la fréquence de mesure.

   

Il est recommandé de ne pas utiliser de câbles non recommandés par Agilent, et la fonction de compensation de l'instrument peut ne pas être applicable aux câbles non Agilent. Si des câbles non Agilent doivent être utilisés, des câbles identiques ou équivalents aux câbles de test Agilent doivent être utilisés. Pour des fréquences plus élevées, n'utilisez pas de câbles non fournis par Agilent. Afin d'utiliser le câble d'extension avec une configuration 4tp, la longueur du câble doit être de 1 m ou 2 m, qui peut être compensée par des instruments de mesure. S'il y a une erreur dans la longueur du câble, cela entraînera une erreur supplémentaire.

 

4.4 Éliminer l'influence de la capacité parasite

     

Lorsque le DUT a une impédance élevée (c'est-à-dire une faible capacité), l'influence de la capacité parasite ne peut être ignorée. Comme le montre la figure ci-dessous, pour l'exemple de mesure du DUT avec un contact à 4 bornes, le CD est connecté en parallèle avec le DUT. Lorsqu'une plaque conductrice est placée sous le DUT, sa capacité combinée (CH//CL) est également connectée en parallèle avec le DUT, ce qui entraîne une erreur de mesure. Le CD peut être minimisé en plaçant une plaque de protection entre le haut de gamme et le bas de gamme. De plus, en connectant l'extrémité de protection au conducteur, les effets de CH et CL peuvent se compenser.

Fondamentaux de la mesure d'impédance (suite)

La technologie de protection Figure 36 élimine l'influence de la capacité parasite

 

4.5 Configuration du terminal et dispositif de test dans la zone RF

   

L'instrument de mesure d'impédance RF est doté d'un port de test coaxial précis. En principe, il s'agit d'une configuration à 2 bornes. Le conducteur central du port de test coaxial connecteur est l'extrémité supérieure active et le conducteur extérieur est l'extrémité inférieure mise à la terre. Le DUT ne peut être mesuré qu'avec la configuration de connexion à 2 bornes la plus simple. L'inductance résiduelle, la résistance résiduelle, la capacité parasite et la conductance parasite du dispositif de test sont superposées aux résultats de mesure (avant compensation). Qu'il s'agisse de la méthode RF IV ou de la méthode d'analyse de réseau, plus l'impédance mesurée s'écarte de 50 ohms, plus la précision de mesure de l'impédance RF est faible. L'influence des paramètres résiduels augmente avec l'augmentation de la fréquence. Plus la fréquence est élevée, plus la plage d'impédance mesurable est étroite.

   

Le dispositif de test RF doit être spécialement conçu pour rendre la longueur du fil (longueur du trajet électrique) entre le DUT et le port de test aussi courte que possible, afin de minimiser les paramètres résiduels. Généralement, lorsque la fréquence est inférieure à 100 MHz, l'erreur provoquée par les paramètres résiduels du montage de test est inférieure à l'erreur de l'instrument, qui peut être ignorée après compensation. Cependant, lors de la mesure d'une faible impédance ou d'une haute impédance proche des paramètres résiduels, la modification des paramètres résiduels du montage de test entraînera la répétabilité des résultats de mesure. La modification des paramètres résiduels et l'instabilité des résultats de mesure dépendent de la précision du positionnement du DUT sur le terminal du dispositif de test. Pour les mesures répétitives, le dispositif de test RF doit être capable de positionner avec précision le DUT sur le terminal de mesure.

   

À haute fréquence (généralement supérieure à 500 MHz), les paramètres résiduels du dispositif de test ont un impact plus important sur les résultats de mesure et réduiront la plage de mesure réelle. Par conséquent, la plage de fréquences disponible des appareils de test limite la fréquence maximale des différents appareils de test. La somme de l'imprécision de l'instrument et de l'erreur introduite par le dispositif de test détermine l'inexactitude des résultats de mesure du DUT. Puisque seule une configuration à 2 bornes peut être utilisée, la compensation est la clé pour obtenir la meilleure précision de mesure.

   

Le compte officiel de WeChat le rappelle : tous les types de dispositifs de test ont leurs propres caractéristiques et structures. Étant donné que ce ne sont pas seulement les paramètres résiduels qui affectent la valeur de mesure du DUT, mais également l'environnement environnant du DUT (tel que la plaque de mise à la terre, la disposition des bornes, la constante diélectrique de l'isolant, etc.), afin d'obtenir une bonne cohérence de mesure, le le même type de dispositif de test doit être utilisé.

   

Il existe deux types de dispositifs de test RF : les dispositifs de test coaxiaux et les dispositifs de test non coaxiaux. La différence réside dans leur structure géométrique et leurs caractéristiques électriques. La pince de test non coaxiale possède une extrémité de mesure ouverte, ce qui facilite la connexion et le démontage du dispositif sous test. Le dispositif non coaxial convient pour tester un grand nombre d'appareils avec une efficacité élevée. Cependant, cette efficacité élevée se fait au détriment de la précision de mesure à haute fréquence, car il existe une discontinuité (inadéquation) des caractéristiques électriques entre les dispositifs coaxiaux connecteur composants et bornes de test.

   

Le dispositif de test coaxial fixe le DUT avec une configuration similaire à l'extrémité coaxiale, qui est connectée à l'électrode centrale et à l'électrode du capuchon conducteur externe du dispositif de test. Puisqu'une impédance caractéristique continue de 50 ohms est maintenue entre le port de test et le DUT, le dispositif de test coaxial peut obtenir la plus grande précision de mesure et la meilleure réponse en fréquence. Puisqu'un nombre répétable de diamètres d'isolant peut être sélectionné pour minimiser l'écart entre le DUT et l'isolant, le DUT peut être positionné à l'extrémité du montage de test qui peut obtenir la meilleure répétabilité sans la compétence de l'opérateur. Par conséquent, le montage de test coaxial peut obtenir une erreur supplémentaire plus faible et une répétabilité de mesure beaucoup plus élevée que le montage de test non coaxial.

Fondamentaux de la mesure d'impédance (suite)

Figure 37 appareil de test d'impédance RF typique

La marque « kinghelm » a été initialement enregistrée par la société Golden Beacon. Golden Beacon est un fabricant de vente directe de GPS antenne et Beidou antenneIl jouit d'une très grande popularité et d'une très grande réputation dans l'industrie de la navigation et du positionnement GPS Beidou. Les produits de R & D et de production sont largement utilisés dans la navigation et le positionnement par satellite BDS, la communication sans fil et d'autres domaines. Les principaux produits comprennent : réseau rj45-rj45, interface réseau connecteur, RF connecteur adaptateur, câble coaxial connecteur, type C connecteur, Interface HDMI, interface type C, broche et bus, SMA, FPC, FFC antenne connecteur, antenne transmission du signal étanche connecteur, Interface HDMI, Connecteur USB, ligne terminale, borne de bornier, barrette de connexion, balise RFID RF Navigation de positionnement antenne, communication antenne fil de connexion, tige en caoutchouc antenne, antenne ventouse433 ans antenne, 4G antenne, Module GPS antenne, etc. Il est largement utilisé dans l'aérospatiale, la communication, l'industrie, l'instrumentation, la sécurité, la médecine et d'autres industries.

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