测量元器件和电路的频率响应特性是确保电子设备性能的关键步骤。汽车、医疗设备、航空航天与国防行业对电子设备的可靠性要求极高,因此在从低频至高频的各种频率范围内对各类元器件和电路进行测量非常必要。在这些应用中,低频网络分析仪在确保低频模拟电路器件(例如传感器系统和电源部件)实现稳定可靠工作方面具有重要作用。为此,您需要在了解射频网络分析(S参数测量)的同时,也需要很好地对低频网络分析(增益相位测量)的应用有所了解。
本应用指南通过对网络分析仪的介绍,阐述了有关低频网络分析的基础原理。我们在此主要介绍简单的低频 2 端口器件测量,以及高阻抗探测技术和大衰减测量等相关主题。
50 Ω 被测件的基本测量配置
图3 使用S参数测试端口测量 50 Ω 被测器件传输系数的测量配置
基本测量配置
非50 Ω 被测件,实例1
非50 Ω被测件,实例2
图6和图7是测量2端口器件的配置实例,器件输入与输出阻抗的范围是数百 Ω 至1或2 kΩ 。典型应用为低频无源滤波器,例如陶瓷滤波器和LC滤波器。在这些实例中,只需连接一个串联电阻即可实现阻抗匹配。图6是使用增益相位测试端口进行测试的配置方式,比值VT/VR就是1 kΩ系统阻抗的传输系数。
使用探头在电路板上直接进行测量
第二个应用的例子是使用探头直接在电路板上进行测量一测量被测电路板上两个测试点之间的电路或器件的频率响应特性。图8显示的是如何使用增益相位测试端口测量电路模块2的频率响应特性。通过使用两个高阻抗探头在TP1和TP2测试点上进行探测,可直接测量电路模块2的频率响应特性。
低频测量的中频带宽(IFBW)设置
图10 LO馈通导致的测量误差
使用高阻抗探头的测量方法
做比值测量时对信号的分离
在低频范围测量大衰减器件
测量误差
图18 由电缆屏蔽层电阻引起的测量误差(1)
在低频范围内测量大衰减器件
传统解决方案
图20 使用磁环降低测量误差的解决万案
使用E5061B-3L5 的解决方案
VT=Vc2+Vo=Va x Rc2/(Rc2+Zg)+Vo
增益相位测试端口的有效性
运算放大器测量实例
闭环增益
以下章节详细说明测量运算放大器各种频率响应特征的实例。
图23 使用增益相位试端口进行环增益测量的配置实例
图24 使用S参数测试端囗进行环增益测量的配置实例
频率=100Hz至100MHz
激励源功率=0dBm
中频带宽自动(上限=1kHz时)
开环增益
测量运算放大器开环增益的方法有很多种。最常用的方法是测量电路中的电压比VT/VR,如图26所示。假设运算放大器的开环增益为A,如果电流为Ir2,可得出下列公式:
图27 使用增益相位测试端囗进行开环增益测量的配置买例
如果在超过30 MHz的情况下测量运算放大器的开环增益,需使用有源探头和S参数测试端口。由于S参数测试端口只允许使用一个有源探头,您需要使用两步测量法。具体步骤如下:
1.把探头点在TPI测试点上做响应校准。
2.把探头点在TP2测试点上测量S21,并通过DATA->MEM操作(测量的第一步)存储轨迹线数据。
3. 将一个虚电容连接到TP2,然后把探头点在TP3测试点上测量S21(测量的第二步)。
4. 使用仪表的数学函数计算功能把第二步的测量结果除以第一步已经存储在寄存器中的的数据(数据/存储器)就可以得到开环增益的结果。
共模抑制比CMRR
图32 使用S参数端口进行CMRR测量的配置实例
频率=100Hz至100MHz
激励源功率
对于Ac测量:0 dBm
对于Ad测量: -15 dBm
中频带宽=自动(最大100 HZ)
接收机ATT设置
Ac测量:20 dB (R通道)
0 dB (T通道)
Ad测量:20 dB(R通道和T通道)
在这个测量例子中RI和R2之间的平衡并未完全优化。
图33. 使用增益相位端口进行CMRR测量的实例
电源抑制比(PSRR)
输出阻抗
运算放大器输出阻抗的测量不是双端口传输参数的测量,而是单端口阻抗测量。通常情况下,运算放大器的闭环输出阻抗范围从低频率的几十毫欧到高频率的100欧。为了能够完全在这个阻抗范围内进行测量,反射测量法将是一种适当的解决方案。图37显示的是测量运算放大器闭环输出阻抗的配置实例。测量时必须要做开路/短路/负载校准(全单端口校准)。