CN101329371A - 一种对多级测量工具的等效电路补偿的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对多级测量工具的等效电路补偿的系统及其方法，用于补偿一测量装置电性连接一测量工具的杂散影响，所述的系统包括：至少一测量装置，用于执行测量各项补偿参数；一扫描工具，电性连接所述的测量装置用以测量补偿参数；一标准待测物，连接所述的测量装置及所述的扫描工具以获得补偿参数；一计算单元，用以运算所述的测量装置及所述的扫描工具所测得各项补偿参数；以及一输出单元，用以显示所述的计算单元所计算出的一补偿测量值。

Description

一种对多级测量工具的等效电路补偿的系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种对多级测量工具的等效电路补偿的系统及其方法，尤指一种系统可适用于复杂组合的测量工具，能测量具有不同电气特性及物理特性的待测物，并同时储存多组不同待测物的补偿参数以供重复使用。

背景技术

随着近几年电子相关产业不断蓬勃发展，尤其以3C等消费性产品成为热门消费主流，然而要组成这些产品需要大量电子组件，为确保产品品质就需要检测其电子组件规格是否标符合标准，除了检测电容、电感及电阻等基本被动组件外，也测量由这些组件组合或复合而成、或具有相近特性的各式电子零组件，前者包含各式绕线组件、通讯及电源滤波器等，后者则包含开关、连接器、导线、金属材料、介电材料、磁性材料及半导体组件等。早期因测量工具本身的杂散电容、残余电阻、开关的接点电阻、线与线相互干扰、外部噪声及测量频率不断提升所导致测量装置的精确度产生很大的影响，其精确度的定义为测量精确度加上测量工具的误差，为确保测量装置的精确度在规格内而需对测量装置进行校正动作，并对测量工具进行补偿动作以消除该测量装置与测量工具两者间的误差。基于上述原因，目前已发展出各种补偿方法，包括第一种为偏移补偿(offset compensation)方法是利用测量工具的测量端开路时形成杂散电容并影响测量值，此时只需将测量值减去杂散电容值就可得到补偿后的测量值，但此补偿方法仅用于夹具类测量工具。

第二种为开路/短路补偿(open/short compensation)方法假设测量工具的杂散电容及残余电阻为一等效电路，当等效电路开路时，由于测量端阻抗无限大而残余电阻相对变小，所以可测得杂散电容。当等效电路短路时，由于测量端阻抗无限小而杂散电容相对变大，所以可测得残余电阻，此补偿方法仅适用于等效电路，属于惟一对称的简单电路。

第三种为开路/短路/负载补偿(open/short/load compensation)方法，由于上述第二种开路/短路补偿无法补偿过于复杂或不对称的等效电路，因此需要使用该第三种开路/短路/负载的补偿方法，需分别进行开路、短路补偿后在电性连接一标准待测物利用测得的参数进行负载补偿。

已知的现有技术仅能对一般测量工具进行单一组待测物的补偿，但如需要使用扫描工具、可扩充的测量工具或较复杂的其它测量工具组合等时，因测量工具的路径过于复杂，易造成复杂的等效电路，所以将无法有效得到补偿，且其内存容量有限，将无法记录多笔参数，故以现有技术为主的测量工具无法充分利用参数计算补偿值或重复使用，使其在准确性及效率大为减低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对多级测量工具的等效电路补偿的系统，该系统可与扫描工具、可扩充的测量工具或较复杂的各种测量工具组合，并测量标准待测物及待测物的值以取得所需各补偿参数，且经由运算后所得一补偿值，使该测量工具中每一测量路径所形成的等效电路及杂散干扰皆得以补偿。

本发明的另一目的是提供一种对多级测量工具的等效电路补偿的方法，其中各扫描工具、可扩充的测量工具或较复杂的测量工具组合，依据不同待测物的电气特性或物理特性的需要，同时进行多组不同电气特性或物理特性的补偿，而无需如现有技术仅能进行单一组待测物的测量，因此可提升测量时的效率及降低工时。

本发明的另一目的是提供一种对多级测量工具的等效电路补偿的系统，用于储存多组不同待测物的测量值或补偿参数，并可多次重复使用或使用于不同的待测物但具有同一物理特性，且因其记忆空间也较现有技术有扩充性，故可储存较多资料，能方便使用者的测量操作。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：提供一种对多级测量工具的等效电路补偿的系统，用于补偿一测量装置电性连接一测量工具的杂散影响，包括：

至少一测量装置，用于执行测量各项补偿参数；

一扫描工具，电性连接该测量装置用以测量补偿参数；

一标准待测物，连接该测量装置及该扫描工具以获得补偿参数；

一计算单元，用以运算该测量装置及该扫描工具所测得各项补偿参数；以及

一输出单元，用以显示该计算单元所计算出的一补偿测量值。

所述的测量装置为一电阻/电容/电感测量器(LCR Meter)。

所述的扫描工具具有可扩充性的测试信道。

所述的计算单元进一步包括：

一操作接口，用以输入测量参数及测试条件；

一通讯接口，电性连接该测量装置，用以传送该操作接口的控制讯号及测量装置所测量到的各补偿参数；

一内存单元，经由该通讯接口存取该测量装置所测量的补偿参数；以及

一逻辑运算单元，读取该内存单元储存之各补偿参数并进行计算以获得一补偿测量值。

所述的补偿测量值各补偿参数经由该逻辑运算单元计算。

本发明还提供一种对多级测量工具的等效电路补偿的方法，用于补偿一测量装置电性连接测量工具及一标准待测物的杂散影响，包含以下步骤：

对该测量装置进行开路补偿以测得一杂散电容值，并将测得的杂散电容值传送到一逻辑运算单元；

对该测量装置进行短路补偿以测得一残余电阻值，并将测得的残余电阻值传送到该逻辑运算单元；

对该测量装置进行负载补偿，电性连接该标准待测物以测得一标准值，并将测得的标准值存入到一内存单元；

所述的测量装置电性连接丨扫描工具并进行开路补偿，得到一开路值，将测得的开路值存入该内存单元；

所述的扫描工具进行短路补偿得到一短路值，将测得之短路值存入该内存单元；

所述的扫描工具电性连接该标准待测物，并进行测量得到一标准测量值，将测得的标准测量值存入该内存单元；

所述的扫描工具电性连接一待测物，进行测量得到一实际测量值，将测得的实际测量值存入该内存单元；以及

将该内存单元中各补偿参数，传送至逻辑运算单元计算，得到一补偿测量值。

所述的开路补偿该测量装置的测量端及该扫描工具的测试信道设成开路状态。

所述的补偿参数包括一标准值，该测量装置直接测量一标准待测物所得值。

所述的补偿参数包括一标准测量值，其透过该测量装置电性连接一扫描工具以测量该标准待测物所得值。

所述的补偿参数包括一短路值，其透过该测量装置电性连接一扫描工具，将测试信道设成短路所得值。

所述的补偿参数包括一开路值，其透过该测量装置电性连接一扫描工具，将测试信道设成开路所得值。

所述的补偿参数包括一实际测量值，该测量装置电性连接一扫描工具以测量一待测物。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供一种对多级测量工具的等效电路补偿的系统及其方法，其是将扫描工具、扫瞄测量工具及以不对称路径的测量工具产生的等效电路经由本发明的系统加以补偿，并提供可存取多笔补偿参数的记忆空间及呼叫功能，可提供用于后续多次重复使用的数据。

附图说明

图1为本发明对多级测量工具的等效电路补偿的系统结构图；

图2为本发明在高频时阻抗误差率的曲线图；

图3为本发明在高频时补偿误差率的曲线图；

图4为本发明对多级测量工具的等效电路补偿的方法流程图；

图5为本发明的计算单元的内部结构方块图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1所示，其为一种依据本发明的对多级测量工具的等效电路补偿的系统，其中包括一计算单元100、一测量装置102、一扫描工具104、一标准待测物106以及一输出单元108。请进一步参阅图5所示，其显示一种依据本发明的计算单元100可为一具有输出/入、控制、算术逻辑及记忆功能的计算器(如一个人计算机)，其包括一通讯接口120、一操作接口140、一内存单元160及一逻辑运算单元180。其中该操作接口140可为一特定的人机接口程序，而该扫描工具104采模块化设计，具有可扩充的测试信道，且该测量装置可为一电阻/电容/电感测量器(LCR Meter)。

如图1和图5所示，当测量装置102电性连接至该通讯接口120以执行该操作接口140时，可经由该操作接口140输入测量参数及测试条件至测量装置102，并传送控制讯号至该逻辑运算单元180以判断使用何种补偿公式，之后选择进行何种补偿方法。该内存单元160用以存取使用者自该操作接口140输入至测量装置102的测量参数及测试条件，先经由该测量装置102测量该标准待测物106，再电性连接该扫描工具104，并电性连接该标准待测物106及一待测物，以回传各补偿参数至该逻辑运算单元180进行计算。该逻辑运算单元180以一软件程序为主的补偿程序且联接该内存单元160。当该内存单元160存取完各种所需的补偿参数，包括标准值、开路值、短路值、标准测量值及实际测量值(待后详述)，即回传这些补偿参数至该逻辑运算单元160时，并利用该补偿程序即可计算出其补偿测量值并经由该输出单元108显示。举例而言，当该逻辑运算单元180得到各补偿参数后，即可利用如下负载补偿计算公式(1)，精确计算出一补偿测量值(Zdut)：

$\mathrm{Zdut}=\frac{\mathrm{Zstd}*(\mathrm{Zo}-\mathrm{Zsm})*(\mathrm{Zxm}-\mathrm{Zs})}{(\mathrm{Zsm}-\mathrm{Zs})*(\mathrm{Zo}-\mathrm{Zxm})}..................\left(1\right)$

其中Zstd为一标准值，透过该测量装置直接测量一标准待测物所得值；Zo为一开路值，透过该测量装置电性连接一扫描工具以测量该标准待测物所得值；Zs为一短路值，透过该测量装置电性连接一扫描工具所得值，将测试信道设成短路或通过一短路片；Zo一开路值，透过该测量装置电性连接一扫描工具，将测试信道设成开路所得值；Zxm为一实际测量值，透过该测量装置电性连接一扫描工具以测量一待测物。

另请进一步参考图2和图3所示，其为依据本发明在高频时与现有技术阻抗误差率及补偿误差率的曲线图，在高频时，扫瞄测量工具上的残余电阻、杂散电容及其它的噪声干扰，会明显的造成在测量上的误差，使用一测量装置电性联接一扫描工具及一标准待测物，并取100KHz、200KHz、300KHz、400KHz、500KHz、600KHz、700KHz、800KHz、900KHz及1MHz等频率点，以比较开路/短路补偿及开路/短路/负载补偿在高频时的补偿效果。接着，将计算(Zstd标准值-Zdut实际测量值)/Zstd标准值的结果，即可得到阻抗测量的误差，整理如下表1所示：

开路/短路阻抗误差(％)开路/短路/负载阻抗误差(％)

表1

若将表1的误差改为如图2所示，从图2中的开路/短路补偿误差曲线200与开路/短路/负载补偿误差曲线202中可明显的发现，开路/短路/负载补偿随着频率的改变仍然能将阻抗测量误差维持在正负0.1％之内，而以开路/短路补偿后的阻抗测量误差则是呈现不稳定的现象，其误差范围介于4％～-2％之间。将以上表1的误差取20LOG后正如图3所示，利于观察两种补偿间的差异。自图3中的开路/短路补偿误差曲线300与开路/短路/负载补偿误差曲线302可明显的发现，开路/短路补偿误差曲线300的准位都比开路/短路/负载补偿误差曲线302来的高(代表其误差也较大)，其之间的差异约为20dB，最大差异则有到40dB左右，因此可知道之间的补偿效果的差距在10倍～10000倍左右。由此实验可知在高频时开路/短路/负载补偿的稳定性及补偿效果都比开路/短路补偿好且开路/短路/负载补偿误差也比开路/短路补偿误差好10倍以上。

此外，如图4所示，其显示一种依据本发明的对多级测量工具的等效电路补偿的方法的步骤流程图，其中利用一等效电路补偿的系统，该系统包括一计算单元、至少一测量装置(如电阻/电容/电感测量器(LCR Meter))、一扫描工具(Scanner)、一标准待测物及一输出单元(如LCD显示器或LED显示器等)互为分别电性连接，且该计算单元具有如图5所示的各组件，该方法包含以下步骤：

步骤S400，将一测量装置进行开路补偿，以测得杂散电容，并将测得的杂散电容值传送到逻辑运算单元计算；

步骤S402，该测量装置进行短路补偿以测得残余电阻，并将测得的残余电阻值传送到逻辑运算单元计算；

步骤S404，将该测量装置进行负载补偿，先电性连接一标准待测物所得值一标准值(Zstd)，并将测得的标准值(Zstd)，经由通讯接口存取到内存单元；

步骤S406，该测量装置电性连接扫描工具并进行开路补偿所得值一开路值(Zo)，将测得的开路值(Zo)，经由通讯接口存取到内存单元；

步骤S408，该扫描工具进行短路补偿所得值一短路值(Zs)，将测得短路值(Zs)，经由通讯接口传送到内存单元；

步骤S410，该扫描工具电性连接该标准待测物，并进行测量所得值一标准测量值(Zsm)，将测得的标准测量值(Zsm)，经由通讯接口存取到内存单元；

步骤S412，该扫描工具电性连接一待测物，进行测量所得值一实际测量值(Zx)，将测得的实际测量值(Zx)，经由通讯接口存取到内存单元；以及

步骤S414，将存取在该内存单元中各补偿参数(包括标准值、开路值、短路值、标准测量值及实际测量值)，传送至逻辑运算单元计算，得到一补偿测量值(Zdut)并经由该输出单元显示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1、一种对多级测量工具的等效电路补偿的系统，用于补偿一测量装置电性连接一测量工具的杂散影响，其特征在于：包括：

至少一测量装置，用于执行测量各项补偿参数；

一扫描工具，电性连接所述的测量装置用以测量补偿参数；

一标准待测物，连接所述的测量装置及所述的扫描工具以获得补偿参数；

一计算单元，用以运算所述的测量装置及所述的扫描工具所测得各项补偿参数；以及

一输出单元，用以显示所述的计算单元所计算出的一补偿测量值。

2、根据权利要求1所述的对多级测量工具的等效电路补偿的系统，其特征在于：所述的测量装置为一电阻/电容/电感测量器。

3、  根据权利要求1所述的对多级测量工具的等效电路补偿的系统，其特征在于：所述的扫描工具具有可扩充性的测试信道。

4、根据权利要求1所述的对多级测量工具的等效电路补偿的系统，其特征在于：所述的计算单元进一步包括：

一操作接口，用以输入测量参数及测试条件；

一通讯接口，电性连接所述的测量装置，用以传送所述的操作接口的控制讯号及测量装置所测量到的各补偿参数；

一内存单元，经由所述的通讯接口存取所述的测量装置所测量的补偿参数；以及

一逻辑运算单元，读取所述的内存单元储存之各补偿参数并进行计算以获得一补偿测量值。

5、根据权利要求1所述的对多级测量工具的等效电路补偿的系统，其特征在于：所述的补偿测量值各补偿参数经由所述的逻辑运算单元计算。

6、一种对多级测量工具的等效电路补偿的方法，用于补偿一测量装置电性连接测量工具及一标准待测物的杂散影响，其特征在于：包含以下步骤：

对所述的测量装置进行开路补偿以测得一杂散电容值，并将测得的杂散电容值传送到一逻辑运算单元；

对所述的测量装置进行短路补偿以测得一残余电阻值，并将测得的残余电阻值传送到所述的逻辑运算单元；

对所述的测量装置进行负载补偿，电性连接所述的标准待测物以测得一标准值，并将测得的标准值存入到一内存单元；

所述的测量装置电性连接丨扫描工具并进行开路补偿，得到一开路值，将测得的开路值存入所述的内存单元；

所述的扫描工具进行短路补偿得到一短路值，将测得之短路值存入所述的内存单元；

所述的扫描工具电性连接所述的标准待测物，并进行测量得到一标准测量值，将测得的标准测量值存入所述的内存单元；

所述的扫描工具电性连接一待测物，进行测量得到一实际测量值，将测得的实际测量值存入所述的内存单元；以及

将所述的内存单元中各补偿参数，传送至逻辑运算单元计算，得到一补偿测量值。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的开路补偿所述的测量装置的测量端及所述的扫描工具的测试信道设成开路状态。

8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的短路补偿所述的测量装置的测量端及所述的扫描工具的测试信道设成短路状态或连接至短路片。

9、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的补偿参数包括一标准值，所述的测量装置直接测量一标准待测物所得值。

10、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的补偿参数包括一标准测量值，其透过所述的测量装置电性连接一扫描工具以测量所述的标准待测物所得值。

11、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的补偿参数包括一短路值，其透过所述的测量装置电性连接一扫描工具，将测试信道设成短路所得值。

12、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的补偿参数包括一开路值，其透过所述的测量装置电性连接一扫描工具，将测试信道设成开路所得值。

13、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的补偿参数包括一实际测量值，所述的测量装置电性连接一扫描工具以测量一待测物。

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