射頻電容ESR

在使用電容的射頻設(shè)計(jì)中，ESR是必須考慮的重要參數(shù)。為了有效地描述電容的ESR，需要可靠和可重復(fù)的測試方法。測量高Q片狀陶瓷電容的ESR 需要固有Q值大于被測器件（DUT）的測試系統(tǒng)。高Q諧振同軸線是最常用測試設(shè)備。同軸線諧振腔通常由銅管作外導(dǎo)體，銅棒作中心導(dǎo)體。被測器件串聯(lián)在中心導(dǎo)體和地之間。見圖3。測量ESR之前， 先要確定空載諧振傳輸線的特性。將同軸線短路，再加射頻激勵(lì)，測出四分之一和四分之三波長帶寬。然后，將傳輸線開路，測出半波長和一個(gè)波長帶寬。從以上數(shù)據(jù)可得到傳輸線空載 Q值，測量系統(tǒng)電阻和諧振頻率。通常傳輸線空載Q值量級是1300 到5000（130MHz 到3GHz），四分之一波長測量系統(tǒng)電阻是5到7毫歐姆。

被測樣品電容和位于傳輸線低阻抗端的短路活塞串聯(lián)。調(diào)整信號源頻率以獲得諧振電壓峰值。再改變信號源頻率從諧振曲線峰值向左右下調(diào)6dB。在傳輸線的高阻抗端以輕度耦合接入射頻毫伏表探頭，以測量6dB點(diǎn)的射頻電壓。被測器件接入后對傳輸線Q值造成微擾，改變了上述無載時(shí)的諧振頻率和帶寬。對應(yīng)的下調(diào)6dB的頻率fa 和f b 可用于計(jì)算電容的ESR。此法稱為Q值微擾法，見圖2。注意：因?yàn)楸粶y電容樣品的容性電抗與傳輸線串聯(lián)，使傳輸線的電長度變小，變化量由電容容值決定。對于容值10pF以上的電容，可以得到合理的測量精度。當(dāng)容值接近1 pF時(shí)， ESR測量誤差變得很大。低電容容值意味著高容抗值，因此劇烈改變傳輸線電長度。在諧振時(shí)，傳輸線電抗和被測器件的電抗幅值相同，符號相反。

ESR測量系統(tǒng)

最常用測量系統(tǒng)由同軸線制成（BOONTON型號34A）， 標(biāo)稱長度57.7cm， 諧振頻率130MHz， 特性阻抗75 歐姆。傳輸線特性阻抗為75歐姆時(shí)傳輸線Q值最大，所以選用75歐姆。對于其他頻率范圍，可選其他長度的傳輸線。

信號發(fā)生器接在傳輸線的低阻抗端，以無感精確電阻為終端。電阻安在TNC接頭上，插入傳輸線的被測器件端。一個(gè)暴露的導(dǎo)體環(huán)與傳輸線輕度耦合，將射頻能量導(dǎo)入傳輸線。以信號發(fā)生器掃頻，直到射頻毫伏表顯示電壓諧振峰值。旋轉(zhuǎn)信號源環(huán)路，直到傳輸線高阻抗端的毫伏表顯示3 毫伏的參考電壓。這一步是為了確保射頻信號源不對傳輸線加載而降低其Q值。見圖3。射頻探頭安在傳輸線的高阻抗端， 與射頻毫伏表相連，在諧振時(shí)測量射頻電壓。從量測結(jié)果可算出帶寬和Q值。將這樣測得的有載帶寬（BW）和Q值和開始無載短路條件下的結(jié)果比較，獲得Q和帶寬變化量，即可計(jì)算ESR。將帶寬數(shù)據(jù)和初始傳輸線特性代入方程即可算出被測樣品的ESR。這里描述的ESR測法是以串聯(lián)模式進(jìn)行的，適用頻率達(dá)到約3GHz。

影響ESR測量的因素

為測定頻帶（BW）的頻率測量數(shù)據(jù)至少需 4位小數(shù)，5 位更好。信號源和測量探頭都必須與傳輸線輕度耦合。傳輸線高阻抗端需屏蔽以減少輻射， 這樣Q 就不受影響。屏蔽由截止衰減器實(shí)現(xiàn)，衰減器提供每半徑16dB 衰減。被測器件在測試系統(tǒng)中放置方式要保持一致。為使測試結(jié)果能重復(fù)， 必須保持系統(tǒng)接觸表面的清潔。