电容是每一个电路上都会使用的器件,电容会应用在电源系统中,也会应用于信号线上。在低速电路中,我们可以把电容称之为电容,但是在高速电路上或电源系统中,电容已经不仅仅是电容,而是一个由等效电容、等效电阻和等效电感组成的一个电路,简单的结构如图50.1所示。
所以,电容参数的测量就不能再使用简单的万用表来测量啦!而需要使用网络分析仪进行测量,使用网络分析测试时,最常用的方式有并联测试法和串联测试法,示意图如图所示。
并联测试法和串联测试法对比
并联测试方法简化装置如图所示。
并联测试法简化装置
从图52.1和图52.2中可以看到,不论是并联测试方法还是串联测试方法都采用的2端口网分(当然,也可以考虑用4端口测试方法,有兴趣的可以去Google下),这样测试获得的参数就是2端口的S参数,即*.S2P的文件,如图所示是一颗电容的S参数文件。
电容S参数文件
通过S参数,工程师可以了解到其阻抗特性、损耗等,也就是电容的滤波特性,其阻抗特性曲线如图所示。
电容阻抗特性曲线
这种测试电容的步骤其实非常简单,在测试时要按照电容的封装大小设计一块测试夹具板和校准板,然后把电容焊接上去,通过AFR或TRL或SOLT的校准方式进行校准后就可以直接测试电容了(推荐使用AFR校准,这是最简单的校准方式,设计的板子也简单一些)。
电容的S参数模型可以应用于信号完整性和电源完整性仿真中。在使用SIPro/PIPro仿真时,可能有的工程师会有疑惑,为什么在软件中添加*.S2P的S参数时会强制变为*.S1P呢?这是否有问题?
首先答案是肯定不会有问题。对于电容这类器件,在测量的数据就是S2P,而不是S1P,这是因为在测量时使用的2端口的网分测试的。而在仿真时使用的是S1P的文件,这样有一个优势,就是减弱了器件对夹具板的影响,这样就增加了其设计的性能。有兴趣的也可以搭建一个仿真电路去分析电容的S1P和S2P的效果是否一样,原理图如图所示。
电容仿真电路原理
S21使用的是S2P模型文件,连接的snp元件这是正常的仿真S参数的连接方式;S43使用的是S2P文件把Ground不连接;S65使用的是S1P的模型文件,Ground连接到TermG上,获得的结果如图52.6所示。
电容仿真结果图
很显然,三条曲线是重合的,说明S2P和S1P是等效的。
审核编辑:刘清
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原文标题:如何对高频电容进行测量和仿真
文章出处:【微信号:Hardware_10W,微信公众号:硬件十万个为什么】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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