CN101216514A - 一种宽带阻抗测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种宽带阻抗测量装置，包括信号发生器和信号接收器、两段同轴电缆，其中第一同轴电缆的一端与所述信号发生器相连，第二同轴电缆的一端与所述信号接收器相连，其中，所述第一同轴电缆另一端的芯线与所述第二同轴电缆另一端的芯线通过焊接方式形成第一焊点，所述第一同轴电缆另一端的屏蔽层与所述第二同轴电缆另一端的屏蔽层通过焊接方式形成第二焊点。本发明的测量装置成本低廉、操作简单，能适应各种不同的被测试对象，测试灵活机动性好。

Description

一种宽带阻抗测量装置

技术领域

本发明涉及电子产品测试领域，特别涉及一种宽带阻抗测量装置。

背景技术

为了保证电路的电源完整性和电磁兼容性能，往往需要对电容、电感、隔离变压器或者PCB单板的阻抗进行测试。目前常用的测试方法如下：

把被测试对象看成一个双端口网络。从信号源输出一个既定的信号到端口1，根据接收器在端口2接收到的信号可以得到该双端口网络的S₂₁参数(或者直接通过网络分析仪获得，测试原理相同)，如图1所示为宽带阻抗并联测试法原理图，如图2所示为宽带阻抗串联测试法原理图。其中，被测试对象的阻抗可以分别根据S21参数计算得到，计算公式如下。

串联法： $Z_{\mathrm{DUT}}=\frac{{2Z}_0(1-S_{21})}{S_{21}}-------------\left(1\right)$

并联法： $Z_{\mathrm{DUT}}=\frac{Z_0{S}_{21}}{2(1-S_{21})}--------------\left(2\right)$

但是，现有的测试方法在用以上原理进行电容、电感、隔离变压器等常见元器件的阻抗测试的时候，需要用一块辅助的印刷电路板(Printed CircuitBoard，PCB)板进行，如图3所示，以并联测试法为例，被测对象被安装在事先根据被测对象的尺寸和封装设计的PCB单板上，与信号源和接收器相连的同轴电缆通过适当的同轴连接器与PCB相连接。PCB单板再通过特征阻抗与同轴电缆相同的印制线把被测器件与同轴连接器连接起来。这样就可以通过测量得到的S21和对应公式得到被测对象的阻抗。

目前上述方法的主要缺陷为：一是受目前技术水平的限制两个同轴连接器和两段PCB印制线不可能与同轴电缆的阻抗完全一致，会造成比较长的一段不连续阻抗，影响测试精度；二是由于测试时需要在辅助电路板的协助下完成测试导致成本高、周期长、不够灵活。

此外，PCB板阻抗的测试与电容、电感、变压器等常见元器件的测试方法非常类似，应用传统测试方法进行PCB板上任意两点之间的阻抗测试的时候，需要在PCB设计的时候预留同轴连接器的安装位置和相关辅助引线，如图4所示，为现有测试方法测试PCB宽带阻抗示意图。因为有必要进行阻抗分析的电路板一般都是速度快、容量大、密度高的复杂的单板，为每一个可能需要分析阻抗的测试点预留出同轴连接器位置和辅助印制线会因为空间严重紧张而增加PCB的设计难度、影响设计质量甚至根本无法完成布线。另外这种方法在进行相互耦合的电源和地平面之间的阻抗测量时候，还会因为两个同轴连接器之间插入了平面之间形成的平行板电容器而导致较大的误差。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种宽带阻抗测量装置，能适应各种不同的被测试对象，测试灵活机动性好，且成本低廉、操作简单。

本发明的有益效果是：依照本发明的宽带阻抗测量装置，通过锡焊的方式将两段同轴电缆一端形成宽带阻抗测试探头，取代传统测试方法所依赖的同轴连接器和辅助PCB，使得测量装置成本低廉、操作简单，而且通过调节测试探头芯线的形状和位置能适应各种不同的被测试对象，测试灵活机动性好。

附图说明

图1为宽带阻抗并联测试法原理图；

图2为宽带阻抗串联测试法原理图；

图3为现有测试方法测试常见元器件宽带阻抗示意图；

图4为现有测试方法测试PCB宽带阻抗示意图；

图5为本发明的宽带阻抗测试装置示意图；

图6为本发明的测试元器件宽带阻抗示意图；

图7为本发明的测试PCB上两点之间的宽带阻抗示意图。

具体实施方式

以下，参考附图5～7详细描述本发明的宽带阻抗测量装置。

本发明采用两段特征阻抗均匀的传输线(例如采用特征阻抗为50欧姆的同轴电缆)，通过锡焊的方式形成宽带阻抗测试探头，取代现有的测试方法所依赖的同轴连接器和辅助PCB，如图5所示，为本发明的宽带阻抗测试装置示意图。图5中同轴电缆1一端通过连接器与信号源S1相连，另一端与同轴电缆2通过锡焊连接；同轴电缆2的另一端与信号接收器R1相连接。通过信号源S1输出的信号和信号接收器R1接收到的信号，可以得到所需频段内的S21参数，代入上述公式(1)或者公式(2)中，就可以得到被测试对象对应频段内的阻抗。

在具体实施过程中，正确的完成测试探头的焊接是本发明的一个重点。两段同轴电缆的屏蔽层需要尽可能相互靠近并较佳地通过锡焊的方式连接。

此外，由于超出屏蔽层的芯线越长，无法保证传输线特征阻抗均匀的长度就越长，高频时的测试误差就越大，因此，两段同轴电缆芯线的相互连接的要点是超出屏蔽层的芯线的总长度一定要小，以不大于4倍的同轴电缆半径为宜。

另外，在选择同轴电缆时，应尽可能地选择比较细切柔软电缆。一方面电缆越细，焊接越容易，阻抗不连续部分可以做的越短。因为测试过程中同轴电缆传输的都是小信号，不会产生功率不足的问题。同时因为同轴电缆比较短，信号衰减的问题影响不大，不能忽略时也可以在测试中补偿。另一方面，电缆越柔软完成焊接就越容易也不易脱落。

利用如上所述的本发明的测量装置可以对各种封装的电子元器件的阻抗进行测量，如图6所示，为本发明的测试元器件宽带阻抗示意图。测试正确实施的关键是测试探头与被测试对象的焊接。总的原则是被测试对象尽可能直接跨接在同轴的屏蔽层和芯线之间，尽量避免引入新的寄生参数。测试贴片磁珠、电感、电容等封装比较小的贴片器件时，可以通过调整测试探头上同轴电缆芯线的形状和位置来适应各种不同的封装，但是不能改变两段同轴电缆屏蔽层和芯线的连接关系，也应尽可能避免在被测试对象上增加引线以防引入测试误差。如果被测试对象体积很大，两只引脚离的很远无法与测试探头连接，可以在被测试对象引脚上增加引线来适应测试探头。这时得到的测试结果不是被测对象的阻抗，而是被测对象与两段引线串联以后的阻抗。这种情况可以视测量要求(测量精度，测量频率高低等等)决定是否有必要通过计算补偿引线带来的误差，以得到更加接近真实值的结果。当被测对象的体积和重量较大时，还可以把测试探头通过粘接胶固定到被测试对象上，以防止焊点在测试操作过程中脱落。

此外，还可以利用本发明的测量装置对PCB上任意相互靠近的两点之间的阻抗进行测量，如图7所示，为本发明的测试PCB上两点之间的宽带阻抗示意图，其中，需要测试PCB上A点和B点之间的阻抗。可将PCB看作特殊的电子元器件，正确完成PCB上两点间阻抗测试的关键是测试探头与被测试对象的正确焊接。正确焊接需要遵循的原则与测试电子元器件基本相同。PCB与普通的电子元器件不同之处主要有两点，一是同一PCB一般需要在多处进行不同的测试，以分别得到各种电路网络之间的阻抗；二是PCB一般成本较高，一般都要求测试后能够继续用于其他用途。PCB因为本身重量和体积比较大，一般都需要通过点粘接胶的方法把测试探头固定到PCB上以防止焊点脱落，如图7所示。鉴于上述PCB不同于普通电子元器件的两个特点，点胶位置不必与测试点紧邻，应该尽可能避开可能影响PCB后续使用的区域。

以上关于传输线的选用、测试探头的焊接和固定方法的描述，仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

综上所述，依照本发明的宽带阻抗测量装置，通过锡焊的方式将两段同轴电缆一端形成宽带阻抗测试探头，取代传统测试方法所依赖的同轴连接器和辅助PCB，使得测量装置成本低廉、操作简单，而且通过调节测试探头芯线的形状和位置能适应各种不同的被测试对象，测试灵活机动性好。

Claims (7)

1.一种宽带阻抗测量装置，包括信号发生器和信号接收器、两段同轴电缆，其中第一同轴电缆的一端与所述信号发生器相连，第二同轴电缆的一端与所述信号接收器相连，其特征在于，所述第一同轴电缆另一端的芯线与所述第二同轴电缆另一端的芯线通过焊接方式形成第一焊点，所述第一同轴电缆另一端的屏蔽层与所述第二同轴电缆另一端的屏蔽层通过焊接方式形成第二焊点。

2.如权利要求1所述的宽带阻抗测量装置，其特征在于，所述第一同轴电缆另一端的芯线与所述第二同轴电缆另一端的芯线通过锡焊方式形成第一焊点。

3.如权利要求1或2所述的宽带阻抗测量装置，其特征在于，所述第一同轴电缆另一端的屏蔽层与所述第二同轴电缆另一端的屏蔽层通过锡焊方式形成第二焊点。

4.如权利要求3所述的宽带阻抗测量装置，其特征在于，所述第一焊点和第二焊点形成的测试探头通过粘结胶固定于被测对象上。

5.如权利要求4所述的宽带阻抗测量装置，其特征在于，所述测试探头上同轴电缆芯线的形状和位置可调。

6.如权利要求5所述的宽带阻抗测量装置，其特征在于，所述同轴电缆特征阻抗均匀。

7.如权利要求6所述的宽带阻抗测量装置，其特征在于，所述两段同轴电缆超出屏蔽层的芯线的总长度小于等于4倍的同轴电缆半径。

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