如何對高頻電容進行測量和模擬

電容是每一個電路上都會使用的器件,電容會應用在電源系統中,也會應用於訊號線上。在低速電路中,我們可以把電容稱之為電容,但是在高速電路上或電源系統中,電容已經不僅僅是電容,而是一個由等效電容、等效電阻和等效電感組成的一個電路,簡單的結構如圖50。1所示。

所以,電容引數的測量就不能再使用簡單的萬用表來測量啦!而需要使用網路分析儀進行測量,使用網路分析測試時,最常用的方式有並聯測試法和串聯測試法,示意圖如圖所示。

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並聯測試法和串聯測試法對比

並聯測試方法簡化裝置如圖所示。

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並聯測試法簡化裝置

從圖52。1和圖52。2中可以看到,不論是並聯測試方法還是串聯測試方法都採用的2埠網分(當然,也可以考慮用4埠測試方法,有興趣的可以去Google下),這樣測試獲得的引數就是2埠的S引數,即*。S2P的檔案,如圖所示是一顆電容的S引數檔案。

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電容S引數檔案

透過S引數,工程師可以瞭解到其阻抗特性、損耗等,也就是電容的濾波特性,其阻抗特性曲線如圖所示。

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電容阻抗特性曲線

這種測試電容的步驟其實非常簡單,在測試時要按照電容的封裝大小設計一塊測試夾具板和校準板,然後把電容焊接上去,透過AFR或TRL或SOLT的校準方式進行校準後就可以直接測試電容了(推薦使用AFR校準,這是最簡單的校準方式,設計的板子也簡單一些)。

電容的S引數模型可以應用於訊號完整性和電源完整性模擬中。在使用SIPro/PIPro模擬時,可能有的工程師會有疑惑,為什麼在軟體中新增*。S2P的S引數時會強制變為*。S1P呢?這是否有問題?

首先答案是肯定不會有問題。對於電容這類器件,在測量的資料就是S2P,而不是S1P,這是因為在測量時使用的2埠的網分測試的。而在模擬時使用的是S1P的檔案,這樣有一個優勢,就是減弱了器件對夾具板的影響,這樣就增加了其設計的效能。有興趣的也可以搭建一個模擬電路去分析電容的S1P和S2P的效果是否一樣,原理圖如圖所示。

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電容模擬電路原理

S21使用的是S2P模型檔案,連線的snp元件這是正常的模擬S引數的連線方式;S43使用的是S2P檔案把Ground不連線;S65使用的是S1P的模型檔案,Ground連線到TermG上,獲得的結果如圖52。6所示。

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電容模擬結果圖

很顯然,三條曲線是重合的,說明S2P和S1P是等效的。

本文是由訊號完整性專家 蔣修國撰寫,收錄在《硬體十萬個為什麼——無源器件篇》

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