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高頻電容測試方法以及在SI/PI仿真中的應用

發(fā)布時間:2018-11-15 責任編輯:lina

【導讀】很多工程師都以為只有電源才會使用電容,其實電容的應用范圍特別廣泛,不僅僅為了保證電源系統(tǒng)有一個好的電源完整性需要使用大量的電容,信號完整性工程師為了保證信號完整性,EMC工程師為了使產(chǎn)品更順利的通過電磁兼容性的測試也是對電容“絞盡腦汁”。
 
很多工程師都以為只有電源才會使用電容,其實電容的應用范圍特別廣泛,不僅僅為了保證電源系統(tǒng)有一個好的電源完整性需要使用大量的電容,信號完整性工程師為了保證信號完整性,EMC工程師為了使產(chǎn)品更順利的通過電磁兼容性的測試也是對電容“絞盡腦汁”。 
 
 
電容是非常每一個電路上都會使用的器件,電容會應用在電源系統(tǒng)中,也會應用于信號線上。在低速電路中,我姑且把電容稱之為電容,但是在高速電路上或者電源系統(tǒng)中,電容以及不僅僅是電容,是一個由等效電容、等效電阻和等效電感組成的一個電路,簡單的結構如下圖所示: 
 
高頻電容測試方法以及在SI/PI仿真中的應用
 
所以電容的參數(shù)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(wǎng)絡分析儀進行測量,使用網(wǎng)絡分析測試時,最重要的方式有并聯(lián)測試法和串聯(lián)測試法,示意圖如下圖所示:
 
高頻電容測試方法以及在SI/PI仿真中的應用
 
并聯(lián)測試方法簡化裝置如下圖所示:
 
高頻電容測試方法以及在SI/PI仿真中的應用
 
從上面的示意圖和簡化裝置可以看到,不論是并聯(lián)測試方法還是串聯(lián)測試方法都采用的2端口網(wǎng)分(當然,也可以考慮用4端口測試方法,有興趣的可以去Google下),這樣測試獲得的參數(shù)就是2端口的S參數(shù),即*.s2p的文件,如下圖所示為一顆電容的S參數(shù)文件:
 
高頻電容測試方法以及在SI/PI仿真中的應用
 
通過S參數(shù),工程師可以了解到其阻抗特性、損耗等等,也就是電容的濾波特性,其阻抗特性曲線如下圖所示:
 
高頻電容測試方法以及在SI/PI仿真中的應用
 
這種測試電容的步驟其實非常簡單,在測試的時候要按照電容的封裝大小設計一塊測試夾具板和校準板,然后把電容焊接上去,通過AFR或者TRL或者SOLT的校準方式進行校準后就可以直接測試電容啦(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參數(shù)模型可以應用于信號完整性和電源完整性仿真中。在使用SIPro/PIPro仿真時,可能有的工程師會有疑惑,為什么在軟件中添加*.s2p的S參數(shù)時會強制變?yōu)?.s1p呢?這是否有問題?
 
首先答案是肯定不會有問題。對于電容或者磁珠這類器件,在測量的數(shù)據(jù)就是s2p,而不是s1p,這是因為在測量的時候使用的2端口的網(wǎng)分測試的。而在仿真的時候使用的是s1p的文件,這樣有一個優(yōu)勢,就是減弱了器件對夾具板地的影響,這樣就增加了其設計的性能。有興趣的也可以搭建一個仿真電路去分析電容的s1p和s2p的效果是否一樣,原理圖如下圖所示:
 
高頻電容測試方法以及在SI/PI仿真中的應用
 
S21使用的是s2p模型文件,連接的snp元件這是正常的仿真S參數(shù)的連接方式;S43使用的是s2p文件把Ground不連接;S65使用的是S1P的模型文件,Ground連接到TermG上,獲得的結果如下圖所示:
 
高頻電容測試方法以及在SI/PI仿真中的應用
 
很顯然,三條曲線是重合的,說明s2p和s1p是等效的。
 
本文主要是簡單介紹了如何簡單的測試電容、磁珠等2端口無源器件的S參數(shù)模型,以及為什么在SIPro和PIPro仿真時采用的是s1p的文件。當然,對于如何精確的測試這類無源器件的模型以及如何在ADS中建立相關的模型庫有興趣的,可以再進一步的交流。
 
 
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