射频同轴电缆特性阻抗Z C 的测试 胡 树 豪 这里介绍射频同轴电缆特性阻抗Z C 的6种测试方法。它们同样也适合于双绞线，只不过仪器要转换为差分系统而已。 一、λ/4线接负载法 1、测试方法与步骤： ·待测电缆一段，长约半米（无严格要求），两端装上连接器。扫频范围由仪器低频扫到百余兆赫即可。对于其它长度的电缆，扫频范围请自定。 ·仪器工作在测反射（或回损）状态，作完校正后画面应选阻抗圆图。 ·在测试端口接上待测电缆，电缆末端接上精密负载。 ·画面不外三种情况： 轨迹集中为一点，则Z C = Z 0（测试系统特性阻抗，一般为50Ω）。 轨迹呈圆弧或圆圈状，在圆图右边，则Z C > Z 0 。 轨迹呈圆弧或圆圈状，在圆图左边，则Z C < Z 0 。 ·将光标移到最接近实轴的点上，记下此点的电阻值R in （不管电抗值）。 n i C R Z Z 0= 例如：R in = 54Ω，则Z C = 52Ω，若R in = 46Ω，则Z C = 48Ω。 若轨迹不与实轴相交，则扫频范围不够或电缆太短；若交点太多，则扫频范围太宽或电缆太长。 2、优点 轨迹直观连续，不易出错。 连接器的反射可以通过λ/4线抵消。 3、缺点 必须截取短样本。 必须两端装连接器。 电缆质量必须较好，否则不同频率的测试结果起伏较大，不好下结论。 4、物理概念与对公式的理解 λ/4线有阻抗变换作用，其输入阻抗Z in 与负载阻抗Z L 之间满足Z in = Z C 2/Z L 关系。 现在Z L = Z 0，Z in = R in ，代入展开即得上面的Z C 计算公式。 λ/4线的阻抗变换公式是众所周知的，但作为特性阻抗的测试方法却未曾见。在测阻抗曲线试验中发现，与实轴相交的这一点是可用来测特性阻抗的；因为它把矛盾扩大了，反而更容易测准。由于曲线是很规矩的，不易出错。但必须用第一个交点，即除原点以外的最低频率的与实轴最近的一点，用第二点就可能出问题。换句话说，待测电缆的电长度应为λ/4的奇数倍，不能是偶数倍。 二、λ/8线开、短路法 1、测试方法与步骤： ·样本与扫频方案 对于已装好连接器的跳线，长度已定，只能由长度定扫频方案而对于电缆原材料，则可以按要求频率确定下料长度。此时待测电缆一头装连接器即可。
电压与阻抗的测量技术与方法 一、测量特点 （一）电压测量 （1）频率范围宽 除直流外，交流电压的频率从Hz（甚至更低）~Hz。 （2）电压范围广 ①微弱信号：心电医学信号、地震波等，纳伏级（V）； ②超高压信号：电力系统中，数百千伏。 （3）电压波形的多样化 电压信号波形是被测量信息的载体。 各种波形：纯正弦波、失真的正弦波、方波、三角波、阶梯波。 （4）测量精度的要求差异很大：~。 （5）测量速度的要求差异很大 ①静态测量：直流（慢变化信号），几次/秒； ②动态测量：高速瞬变信号，数亿次/秒（几百MHz）； ③精度与速度存在矛盾，应根据需要而定。 （6）被测电路的输出阻抗匹配 在多级系统中，输出级阻抗对下一输入级有影响。 ①直流测量中，输入阻抗与被测信号源等效内阻形成分压，使测量结果偏小。如：采用电压表与电流表测量电阻，当测量小电阻时，应采用电压表并联方案；当测量大电阻时，应采用电流表串联方案； ②交流测量中，输入阻抗的不匹配引起信号反射。 （7）抗干扰性能：工业现场测试中，存在较大的干扰。 （二）阻抗测量 ①保证测量条件与工作条件尽量一致；测量时所加的电流、电压、频率、
环境条件等必须尽可能接近被测元件的实际工作条件，否则，测量结果很可能无多大价值； ②了解RLC的自身特性；在选用RLC元件时就要了解各种类型元件的自身特性。例如，线绕电阻只能用于低频状态；电解电容的引线电感较大；铁芯电感要防止大电流引起的饱和。 二、测量原理 （一）电压测量 ①绝对误差 ②相对误差 要减少误差，就必须使电压表的输入电阻远大于。 （二）阻抗测量 三、测量方法 （一）电压测量的分类 ①交流电压的模拟测量方法 表征交流电压的三个基本参量：有效值、峰值和平均值。以有效值测量为主。 方法：交流电压（有效值、峰值和平均值）→直流电流→驱动表头→指示。 ②数字化直流电压测量方法 模拟直流电压→A/D转换器→数字量→数字显示（直观）→数字电压表（DVM），数字多用表（DMM）。 ③交流电压的数字化测量
作为PCB制造商，你现在完全有把握为客户生产控制阻抗PCB — 据估计，此类电路板将在几年后占有70%左右的市场分额。但是，你怎么检验PCBs的特性，怎么控制生产流程，如何证 明质量符合客户的要 求？ 单击图打开应用视图 CITS800s8 - 8通道 单端 差动CITS800s4 - 4通道阻抗测量很容易 专用于PCB生产环境 是CEM内部检查的理想选择 测量PCB和样品测试 客户一致性报告 自动数据记录日志 提高紧藕合线路的精确度 CITS800s2是Polar推出的第六代阻抗测试系统，对于刚刚涉足阻抗控制的客户来说，它是最具代表性受欢迎的型号。CITS800s 具备差动测量和单端测量功能，适用于低等到中等的测试量。 CITS800s4适用于中等规模、混合生产大量的单端和差动阻抗控制的PCB制造商。 CITS800s8适用于大规模、混合生产大量单端和差动控制阻抗PCB的制造商，CITS800s8也可与RITS520a飞针阻抗测试系统一起使用，用于重复量大、产量大的场合。 如果你需要测试大量试样或电路板上的试样，请参看RITS510a 自动试样测试系统或RITS520a 飞针阻抗测试系统。 在许多情况下应用控制阻抗PCB，以确保高频信号的完整性。只要数字信号的边沿速度大于1纳秒，或者模拟信号的频率在
单端 差动CITS800s2 - 2通道 单端 差动适用于有大量混合试样类型的应用场合，或者单端和差动试样混合的 应用场合Polar生产各种与特殊阻抗相匹配的测试探头，包括这里所展示的IPD-100差动型。IP-50V是改进后的可变节距型， 也可供实验室使用。300MHz以上，设计师总是指定使用这些类型的PCB。 PCB线路的特征阻抗由线路尺寸和PCB材料的特性所决定，每批特性都不一样。为了控制线路阻抗，PCB制造商通常靠改变线宽来补偿不同批次的PCB材料。以前，他们不得不使用象时域反射计(TDR)这样的专业实验室设备，来测量电路板上有代表性的蚀刻线路特性，或者测试试样的特性。这种方法很复杂，成本高，离理想的生产环境要求相差很远。 很多电子工程师，特别是在国防/航天、通信和IT行业想不断提高性能极限的工程师们，通过采用差动信号和平衡线路提高噪声抑制能力，从而减少高速互接结构的时间错误，现在将控制阻抗PCB提高到一个新的阶段。对于为这些迅速增长的电子行业提供服务的PCB制造商来说，检验这些平衡线路的差动阻抗现在是易如反掌。 非常易于使用 CITS阻抗测试系统非常容易使用。功能强大基于Windows的软件使测试的每个方面都实现自动化，只需单击一下鼠标或踩一下脚踏开关即可控制整个过程。你只需定位微带线探头，选择一个内有正常PCB测试阻抗和容差的文件，然后踩一下脚踏开关。这里无需进行与复杂TDR测量在通常情况下有关的任何调节，例如设置垂直增益、脉冲时间延迟和时基值。CITS可以自动执行一系列阻抗测试，在适当的时候提示你重新定位探头，从而达到最大的测试量。 测试结果简单易懂 — CITS自动处理数据，生成并显示明确的特性阻抗同距离的关系，直观显示合格/不合格状态。 自动数据记录日志功能使测试结果 — 与系统设置数据和测量标准 — 可以很容易地导出到很多第三方数据库或电子表格软件包，便于进行实时统计过程控制。每次测试的合格/不合格状态也可以通过仪器后面板上的光隔离信号输出，以便于同其他工厂自动化设备集成。 测试控制灵活 可跟踪测量精度令CITS的操作异常简单。此外，QA专家仍然可以自如地指定复杂的测试参数，例如传播速度和损失补偿，以及合/不合格限定、结果处理和数据日志记录等标准测试功能。 你可以打印测试结果，以便给客户提供一致性报告，将数据存在磁盘里便于存档或是日后分析，或者将数据导出来便于实时SPC处理。可选的宏报告生成器有多种标准报告可供选择，可
成品阻抗测试方法： 1、仪器设置： 网络分析仪：CENTER：200MHz SPAN：2MHz（视被测电缆的长度进行设定）MEAS：S12 或S21 FORMA T：Phase 直通校准 注意：校准完毕为一条数值为零的直线，SPAN更改不同的数值需要重新校准。 2、电容测量仪测试电容值。（数值现实稳定可以读取数值）。 3、相位差的测量： 网络分析仪连接被测电缆，显示相位值，按照以下方式进行读取数值： 打开菜单MARKER SERACH，target value设置为0，打开multi target search , 记录两个标记点的频率值（注意：选择红圈内数值最接近的标记点）。 如上图所示：应选择标记点1、2。 δf=(f m -f n )/m-n 4、按照特性阻抗的公式： 平均特性阻抗=1000/(δf*c) δf单位为MHz, C为测量的电容值：单位nf。 注意事项：1、测试频率差时被测电缆的接头状态必须和测试电容的接头状态保持一致。 2、target value设置为0，以避免产生误差。 3、保证校准状态有效。
相对传播速度的测量方法： 1：相对传播速度的定义：信号在介质中的传播速度与自由空间的传播速度之比。 2、仪器的设置： 网络分析仪进行测试： CENTER：200MHz SPAN：1MHz MEAS：S12 或S21 FORMA T：Group delay 直通校准 校准后为一条数值为零的直线。 3、连接被测电缆，打开Marker Factions ，将统计功能打开。读取平均值即为延迟时间t。 4、按照下列公式计算相对传播速度： V =L/(t?c) ?100% V：相对传播速度。L：电缆的实际长度（米）c=3.0?108米/秒 t ：延迟时间（秒）。 电缆相位及电长度测试及计算方法： 1、仪器的设置： 网络分析仪设置： CENTER：要求测试频点SPAN：10MHz（或者按照通知单要求设置起始终止频率）MEAS：S12 或S21 FORMA T：Extend Phase 直通校准 校准后为一条数值为零的直线。 2、连接被测电缆，读取要求频率点的数值。
是德科技 LCR 表、阻抗分析仪 和测试夹具 材料、半导体和元器件测试及在线测量解决方案 选型指南
使用作为行业标准的仪器， 成功完成阻抗测量 过去的半个多世纪中，惠普、安捷伦和是德科技不断创新，为业界提供了卓越的阻抗分析产品。无论研发、生产、质控、进货检查或者其他应用，能够帮助客户成功完成任务是我们最大的荣耀。从阻抗分析仪到全面的测试附件，我们将一如既往地为您提供完整解决方案，满足您的需求。选择是德科技阻抗测量解决方案，实现业务成功。是德科技提供： 卓越的产品性能：是德科技产品可提供同类产品中更出 色的精度和可重复性，以及超快的测量速度。表 1 中列出的三种阻抗测量解决方案可满足不同的测量需求。 全面的解决方案：是德科技的阻抗分析仪产品系列可在 从 5 Hz 到 3 GHz 的频率范围内执行测量，使您能在十分广阔的范围内根据测量需求做出更好的选择。本选型指南为您概括 介绍可以选择的所有产品和附件。 适合应用所需的频率范围： 是德科技产品提供出色的性能，而且丰富的频率选件可以经济的价格满足您的需求。您可以选择更适合自身应用的频率范围，也可以灵活选择各种频率升级选件。您可以用少量投资只购买当前所需的性能，而后再根据需求变化进行升级。 专业技术：是德科技在提供阻抗测量解决方案方面拥有几十 年的经验。多年的经验和持续的技术创新已经融入是德科技各种 LCR 表和阻抗分析仪的设计和制造过程当中。是德科技还有大量相关的技术资料，帮助您更加正确高效地完成各种测量任务（这些资料的清单在第 15 页列出）。 应用范围十分广泛的先进测量技术 图 1 是 Keysight LCR 表和阻抗分析仪所使用的不同测试技术的比较，正如您所看到的那样，每一种技术都有其特别的测量优势： –自动平衡桥法的阻抗测量范围最宽，典型的测量频率在 20 Hz 到 120 MHz 之间，这项技术适用于低频和通用测试。 100M 10M 1M 100K 10K 1K 100101100m 10m 1m 是德科技阻抗分析仪/LCR 表测量方法比较 10% 精度范围 1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M 1G 10G 测量频率范围（Hz ） 阻抗测量范围（Ω） 自动平衡桥法 I-V RF I-V 图 1. 阻抗分析仪/LCR 表的阻抗测量技术
交流阻抗怎么测量 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 （1）交流阻抗：交流阻抗即阻抗，在电子学中，是指电子部件对交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性;在电化学中，是指电极系统对所施加的交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性。阻抗模的单位为欧姆，阻抗辐角(相角）的单位为弧度或度。 （2）交流阻抗谱：在测量阻抗的过程中，如果不断地改变交流激励信号的频率，则可测得随频率而变化的一系列阻抗数据。这种随频率而变的阻抗数据的集合被称为阻抗频率谱或阻抗谱。阻抗谱是频率的复函数，可用幅频特性和相频特性的组合来表示;也可在复平面上以频率为参变量将阻抗的实部和虚部展示出来。测量频率范围越宽，所能获得的阻抗谱信息越完整。RST5200电化学工作站的频率范围为：0.00001Hz～1MHz，可以很好地完成阻抗谱的测量。 （3）电化学阻抗谱：电化学阻抗谱是一种电化学测试方法，采用的技术是小信号交流稳态测量法。对于电化学电极体系中的溶液电阻、双电层电容以及法拉第电阻等参量，用电化学阻抗谱方法可以很精确地测定;而用电流阶跃、电位阶跃等暂态方法测定，则精度要低一些。另外，像扩散传质过程等需要用较长时间才能测定的特性，用暂态法是无法实现的，而这却是电化学阻抗谱的长项。 （4）电化学阻抗谱测量的特殊性：就测量原理而言，在电化学中测量电极体系的阻抗谱与在电子学中测量电子部件的阻抗谱并没有本质区别。通常，我们希望获得电极体系处于某一状态时的电化学阻抗谱。而维持电极体系的状态，须使电极电位保持不变。通常认为，电极电位变化50mV以上将会破坏现有的状态。因此，在电化学阻抗谱测量中，必须注意两个关键点，即：偏置电位和正弦交流信号幅度。 （5）正弦交流信号的幅度：为了避免对电化学电极体系产生大的影响以及希望其具有较好的线性响应，正弦交流信号的幅度通常可设在2～20mV之间。 （6）自动去偏：在电化学阻抗谱测量过程中，由于偏置电位不一定等于开路电位以及少量的非线性作用，在工作电极电流中还会含有直流成分。去除这个直流成分(偏流），可扩大交流信号的动态范围、提高信噪比。RST5200电化学工作站，可在测量过程中动态地调整去偏电流，使获得的阻抗谱数据更精准。另外，在软件界面的状态栏中，可实时显示工作电极的极化电流，供操作者参考。 以上为交流阻抗的相关说明，下面我们就实验设置过程中遇到的专业名词
实验四 阻抗测量（归一化阻抗测试实例） 一、实验目的和要求 应用所学的理论知识，学会并掌握利用微波测量线系统测量微波负载阻抗（或导纳）的方法，熟悉阻抗园图应用。 二、实验内容 利用微波测量线系统测量电容性膜片和电感性膜片的阻抗。其中需先测量出驻波比和电压波节点到终端开口处的距离，然后利用阻抗园图求出它们阻抗的归一化值。 三、实验原理 在微波波段内，测量阻抗的方法很多。最常用的方法就是本实验所采用的利用微波测量线系统测量阻抗的方法，基本原理如下： 首先利用微波测量线系统测量（在给定终端负载条件下）沿线驻波比（ρ）及第一电压波节点到终端的距离（1l ）。然后利用阻抗园图求出归一化负载阻抗（L Z ~）。 1． 测量驻波比 在实验过程中，可按如下方法估算驻波比。使晶体检波器工作于小信号状态（加大信号源输出的衰减量），测出沿线电压波腹点处对应的选频放大器电流表表头指示的最大值（Imax ）及电压波节点处对应的选频放大器电流表表头指示的最小值（Imin ），沿线驻波比可按下式估算： Imin Imax / =ρ 另外本实验使用的YM3892选频放大器，已近似按平方律基本的规律刻度了驻波比，由此也可估算驻波比。具体方法是：先在电压波腹点调选频放大器的衰减旋钮，使其电流表表头指示值达满刻度，然后调节测量线小探针位置旋钮至电压波节点，此时对应的选频放大器电流表指针所指的驻波比刻度值即为晶体按平方律基本时的驻波比的近似值。
应该指出，此方法为视检波晶体按平方律检波时而给出的驻波比的近似值。 2． 测量第一电压波节点到终端的距离 由于受到测量线所开缝隙的限制，小探针无法移到接负载的位置，也即不能直接测量第一电压波节点到终端的距离（1l ），可以采用间接测量法如下。 首先将短路片与测量线终端连接。此时，沿线为驻波状态。终端为电压波节点，并且，由终端向信号源方向沿线每移动半个相波长（2/P ）的距离就会出现一个电压波节点。因此，总会有几个电压波节点落在测量线刻度区之内，取测量线中间部分的一个电压波节点作为测量的起点（测量线开缝边缘部分泄漏误差较大），记该点位置（由游标卡尺读出）为Zoa ，该点可视为终端负载的（参考）位置。[ 参见图六（a ）] 然后，将被测负载加匹配负载与测量线终端连接。此时，沿线呈行驻波状态。电压波节点在图六（a ）的基础上依次向右（负载方向）平移1l 长度[ 参见图六（b ）]。测出在负载一侧离Zoa 位置最近的一个（新）电压波节点的位置（记为Zob ），则被测负载加匹配负载时，第一电压波节点到终端的距离求为： Zob Zoa Z －＝ 由驻波比ρ和d 的值，在阻抗园图上即可求出被测负载的归一化阻抗。 本实验在微波传输系统中插入电感性膜片和电容性膜片。用上述方法测出电感性膜片加匹配负载和电容性膜片加匹配负载的归一化阻抗和阻抗。 Z Z Zob Zoa 0 E 图 （a （b ）
实验十一 R、L、C元件阻抗特性的测定 实验成员： 班级： 整理人员：
实验十一 R 、L 、C 元件阻抗特性的测定 一、实验目的 1．验证电阻，感抗、容抗与频率的关系，测定R~f ，X L ~f 与X C ~f 特性曲线。 2．加深理解R 、L 、C 元件端电压与电流间的相位关系。 二、原理说明 1．在正弦交变信号作用下，电阻元件R 两端电压与流过的电流有关系式 在信号源频率f 较低情况下，略去附加电感及分布电容的影响，电阻元件的阻值信号源频率无关，其阻抗频率特性R~f 如图9-1。 如果不计线圈本身的电阻R L ，又在低频时略去电容的影响，可将电感元件视为电感，有关系式 I jX U L L ? ? = 感抗 fL X L π2= 感抗随信号源频率而变，阻抗频率特性X L ~f 如图9-1。 在低频时略去附加电感的影响，将电容元件视为纯电容，有关系式 I jX U C C ? ? - = 容抗 fC X C π21 = 容抗随信号源频率而变，阻抗频率特性X C ~f 如图9-1. 2．单一参数R 、L 、C 阻抗频率特性的测试电路如图9-2所示。 途中R 、L 、C 为被测元件，r 为电流取样电阻。改变信号源频率，测量R 、L 、
C 元件两端电压U R 、U L 、U C ，流过被测元件的电流则可由r 两端电压除以r 得到。 3．元件的阻抗角（即相位差φ）随输入信号的频率变化而改变同样可用实验方法测得阻抗角的频率特性曲线φ~f 。 用双踪示波器测量阻抗角（相位差）的方法。 将欲测量相位差的两个信号分别接到双踪示波器Y A 和Y B 两个输入端。调节示波器有关旋钮，使示波器屏幕上出现两条大小适中、稳定的波形，如图9-3所示，荧光屏上数的水平方向一个周期占n 格，相位差占m 格，则实际的相位差φ（阻抗角）为 度n 360m ? ? =φ 三、实验设备 四、实验内容 1．测量R 、L 、C 元件的阻抗频率特性。
人体阻抗的测量原理 阻抗信号的测量通常借助于置于体表的电极系统，向收件对象注入低于兴奋阈值的恒定交流电流，同时检测相应的电压变化，获得被测组织的阻抗信息。《多路独立人体阻抗测量和信号分析》 一般的生物阻抗信号测量系统包括4个部分：恒定交流电流源，信号拾取，放大及解调部分和阻抗信号分析处理部分。目前常用的检测系统工作过程如下：首先用一对电极把恒流源产生的电流注入被检测的生物组织，同时使用另一对电极拾取在电流激励下被检组织产生的电压、经放大、解调后传送给信号处理部分；信号分析处理的主要任务是提取复合信号中有意义的部分，用于临床诊断和生理参数计算。 根据上述检测方法以及有关生物学原理表明：1）可以认为检测到的电压信号与恒流源注入交流信号频率相同，，其峰值包络维阻抗信号的描记； 图1 皮肤的结构 1.皮肤阻抗的特性及其物理机制 皮肤的结构示意图( 图 1 ) 中， 皮肤的最外层是表皮 ， 包括角质层， 其中有汗腺孔 ， 下面是真皮及皮下组织， 其中有大量血管。由于真皮及皮下组织导电性较好， 可模拟为纯电阻 R 。皮肤的阻抗大小主要取决于角质层， 角质层相当于一层很薄的绝缘膜 ， 类似于电容器的中间介质， 真皮和电极片类似于电容器的两个极板， 如图 1 所示。由于汗腺孔里有少量离子通过， 所以我们把表皮模拟为漏电的电容器。其表皮的阻抗可看成纯电容 C 和纯电阻R ’的并联 ， 其表皮阻抗大小可用公式： 计算得之， 其中2f ωπ=。表皮下面的真皮和皮下组织电阻不太高， 其电性能象纯电阻R ， 故皮肤阻抗电路模拟为图 2，从上面公式和图2中， 以显示出皮肤阻抗实质上具有容性阻抗的特性， 其皮肤阻抗大小随电流频率 f 增大而减小。
实训项目七 R 、L 、C 元件阻抗特性的测定 一、实验目的 1．验证电阻、感抗、容抗与频率的关系，测定R ~f 、L X ~f 、C X ~f 特性曲线。 2．加深理解R 、L 、C 元件端电压与电流间的相位关系。 二、原理说明 1．在正弦交变信号作用下，电阻元件两端电压与流过的电流有关系式 I R U = 在信号源频率f 较低情况下，略去附加电感及分布电容的影响，电阻元件的阻值与信号源频率无关，其阻抗频率特性R ~f 如图3-20。 如果不计线圈本身的电阻1R ，又在低频时略去电容的影响，可将电感元件视为纯电感，有关系式， I jX U L = 感抗 fL X L π2= 感抗随信号源频率而变，阻抗频率特性L X ~f 如图3-20所示。 在低频时略去附加电感的影响，将电容元件视为纯电容，有关系式， I jX U C -= 容抗 fC X C π21 = 容抗随信号源频率而变，阻抗频率特性C X ~f 如图3-20。 图3-20 阻抗特性测试电路 2．单一参数R 、L 、C 阻抗率特性的测试电路如图3-20所示。 图中R 、L 、C 为被测元件，r 为电流取样电阻。改变信号源频率，测量R 、L 、C 元件两端电压R U 、L U 、C U 流过被测元件的电流则可由r 两端电压除以r 得到。 元件的阻抗角（即相位差?）随输入信号的频率变化而改变，同样可用实验方法测得阻
抗角频率特性曲线?~f 。 3．用双踪示波器测量阻抗角（相位差）的方法。 将欲测量相位差的两个信号分别接到双踪示波器A Y 和B Y 两个端。调节示波器有关旋钮，使示波器屏幕上出现两条大小适中、稳定的波形，如下图3-21所示，荧光屏上数得水 平方向一个周期占n 格，相位差占m 格，则实际的相位差?（阻抗角）为n m 360?=?。 图3-21 相位差测定波形图 三、实验设备 四、实验内容 1．测量单一参数R 、L 、C 元件的阻抗频率特性。 实验线路如图3-20所示，取mH L K R 10,1=Ω= ，Ω==200,1r F C μ。通过电缆线将函数信号发生器输出的正弦信号接至电路输入端，作为激励源U ，并用交流毫伏表测量，使激励电压的有效值为U =3V ，并在整个实验过程中保持不变。 改变信号源的输出频率从200Hz （用频率计测量），并使开关S 分别接通R 、L 、C 三个元件，用交流毫伏表分别测量R U 、r U ；L U 、r U ；C U 、r U ，并通过计算得到各频率点时的R 、L X 、C X 之值，记录表中。
网络分析仪组成框图 图1所示为网络分析仪内部组成框图。为完成被测件传输/反射特性测试，网络分析仪包含； 1．激励信号源；提供被测件激励输入信号 2．信号分离装置，含功分器和定向耦合器件，分别提取被测试件输入和反射信号。 3．接收机；对被测件的反射，传输，输入信号进行测试。 4．处理显示单元; 对测试结果进行处理和显示。 图1 网络分析仪组成框图 传输特性是被测件输出与输入激励的相对比值，网络分析仪要完成该项测试，需分别得到被测件输入激励信号和输出信号信息。 网络分析仪内部信号源负责产生满足测试频率和功率要求的激励信号，信号源输出通过功分器均分为两路信号，一路直接进入R接收机，另一路通过开关输入到被测件相应测试口，所以，R 接收机测试得到被测输入信号信息。 被测件输出信号进入网络分析仪B接收机，所以，B接收机测试得到被测件输出信号信息。B/R为被测试件正向传输特性。当完成反向测试测试时，需要网络分析仪内部开关控制信号流程。
图2 网络分析仪传输测试信号流程 反射特性是被测件反射与输入激励的相对比值，网络分析仪要完成该项测试，需分别得到被测件输入激励信号和测试端口反射信号。 网络分析仪内部信号源负责产生满足测试频率和功率要求的激励信号，信号源输出通过功分器均分为两路信号，一路直接进入R接收机，另一路通过开关输入到被测件相应测试口，所以，R 接收机测试得到被测输入信号信息。 激励信号输入到被测件后会发射反射，被测件端口反射信号与输入激励信号在相同物理路径上传播，定向耦合器负责把同个物理路径上相反方向传播的信号进行分离，提取反射信号信息，进入A接收机。 A/R 为被测试件端口反射特性。当需要测试另外端口反射特性时，需网络分析仪内部开关将激励信号转换到相应测试端口。
特性阻抗之原理與應用 Characteristic Impedance 一、前題 1、導線中所傳導者為直流（D.C.）時，所受到的阻力稱為電阻（Resistance），代表符號為R，數值單位為“歐姆”（ohm,Ω）。其與電壓電流相關的歐姆定律公式為： R=V/I；另與線長及截面積有關的公式為：R=ρL/A。 2、導線中所傳導者為交流（A.C.）時，所遭遇的阻力稱為阻抗（Impedance），符號為Z，單位仍為Ω。其與電阻、感抗及容抗等相關的公式為： Z =√R2 +(XL—Xc)2 3、電路板業界中，一般脫口而出的“阻抗控制”嚴格來說并不正确，專業性的說法應為“特性阻抗控制”（Characteristic Impedance Control）才對。因為電腦類PCB線路中所“流通”的“東西”并不是電流，而是針對方波訊號或脈沖在能量上的傳導。此種“訊號”傳輸時所受到的“阻力”另稱為“特性阻抗”，代表的符號是Zo。計算公式為：Zo = √L/C ，（式中L為電感值，C為電容值），不過Zo的單位仍為歐姆。只因“特性”的原文共有五個章節，加上三個單字一并唸出時拗口繞舌十分費力。為簡化起見才把“特性”一字暫時省掉。故知俗稱的“阻抗控制”，實際上根本不是針對交流電“阻抗”所進行的“控制”。且即使要簡化掉“特性”也應說成Controlled Impedance，或阻抗匹配才不致太過外行。 圖1 PCB元件間以訊號（Signal）互傳，板面傳輸線中所遭遇的阻力稱為“特性阻抗” 二、需做特性阻抗控制的板類 電路板發展40年以來已成為電機、電子、家電、通信（含有線及無線）等硬體必備的重要元件。若純就終端產品之工作頻率，及必須阻抗匹配的觀點來分類時，所用到的電路板約可粗分為兩大類：
高速设计领域一个越来越重要也是越来越为设计工程师所关注议题就是受控阻抗的电路板设计以及电路板上互联线的特征阻抗。然而，对于非电子的设计工程师来说，这也是一个最容易混淆也最不直观的问题。甚至很多的电子设计工程师对此也同样感到困惑。这篇资料将对特征阻抗作一个简要而直观的介绍，希望帮助大家了解传输线最基本的品质。什么是传输线？什么是传输线？两个具有一定长度的导体就构成传输线。其中的一个导体成为信号传播的通道，而另外的一个导体则构成信号的返回通路（在这里我们提到信号的返回通路，实际上就是大家通常理解的地，但是为了叙述的方便，暂且忘掉地这一概念。）。在一个多层的电路板设计中，每一个PCB互联线都构成传输线中的一个导体，该传输线都将临近的参考平面作为传输线的的第二个导体或者叫做信号的返回通路。什么样的PCB互联线是一个好的传输线呢？通常如果在同一个PCB互联线上特征阻抗处处保持一致，这样的传输线就成为高质量的传输线。什么样的电路板叫做受控阻抗的电路板？受控阻抗的电路板是指PCB板上所有传输线的特征阻抗符合统一的目标规范，通常是指所有传输线的特征阻抗的值在25Ω到70Ω之间。从信号的角度来考察考虑特征阻抗最行之有效的办法是考察信号沿着传输线传播时信号本身看到了什么。为简化问题的讨论起见，假定传输线为微波传输带（microstrip）类型，并且信号沿传输线传播时传输线各处的横断面保持一致。给该传输线加入幅度为1V 的阶跃信号。阶跃信号是一个1V的电池，由前端接入，分别连接在信号线和返回通路之间。在接通电池的瞬间，信号电压波形将以光速在电介质中行进，速度通常约为6英寸/ns（信号为什么行进如此快速，而不是接近电子传播的速度大约1cm/s，这是另外一个话题，这里不做进一步介绍）。当然在这里信号仍然具有常规的定义，信号定义为信号线与返回通路上的电压差，总是通过测量传输线上任何一点与之临近的信号返回通路之间的电压差值来获得。信号沿传输线方向以6英寸/ns的速度向前传输。在传输的过程中信号会遇到什么样的情况呢？在最开始的10ps时间间隔内，信号沿传输线方向行进了0.06英寸的距离。假定锁定时间在这一时刻，来考虑传输线发生的情况。在行进的这一段距离上，信号的传输为这一段传输线和相应临近的信号返回通道之间建立起了稳定的幅度为1V的常量信号。这意味着在行进的这一段传输线和对应的返回路径上已经积聚起了额外的正电荷和额外的负电荷来建立这一稳定的电压。也正是这些电荷的差异在这两个导体之间建立并维持了一个稳定的1 V 电压信号，而导体之间稳定的电压信号就为两个导体之间建立了一个电容。传输线上位于这一时刻信号波前后面的传输线段并不清楚会有信号要传播过来，因而仍然维持信号线同返回通路之间的电压为零。在接下来的10ps时间间隔内，信号又会沿传输线行进一定的距离，信号继续传播的结果是又会在另一段长度为0.06英寸的传输线段同对应的信号返回通路之间的建立起1V的信号电压。而为了做到这一点，必须为信号线注入一定量的正电荷，同时为信号的返回通路注入同等数量的负电荷。信号沿传输线每传播0.06英寸的长度，都会有更多的正电荷注入该信号线，也会有更多的负电荷注入信号返回通路。每隔10ps时间间隔，就会有另外一段传输线被充电到1 V，同时信号也会沿传输线方向继续向前传播。这些电荷从何而来？答案是来自信号源，也就是我们用来提供阶跃信号、连接在传输线前端的电池。随着信号在传输线上的传播，信号不断地为传播经过的传输线段充电，确保信号传输过程中所到之处信号线与返回路径之间建立并维持起1 V的电压。每隔10ps时间间隔，信号会在传输线上传播一定的距离，并且从电源系统中汲取一定数量的电荷δQ。电池在一段时间间隔δt内的向外提供一定数量的电荷δQ，就形成了恒定的信号电流。正的电流会从电池流入信号线，而与此同时同样大小的负电流会流经信号的返回路径。流经信号返回通路的负电流同流入信号线的正电流大小完全一致。而且，就在信号波前的位置，AC电流流经由信号线和信号返回通路构成的电容，完成了信号环路。传输线的特征阻抗从电池的角度来看，一旦设计工程师将电池的引线连入传输线的前端，就总有一个常量值的电流从电池中流出，并且保持电压信号的稳定不变。也许有人会问，是什么样的电子元器件具有这样的行为？加入恒
基于AD5933的阻抗测量仪 摘要：设计采用阻抗测量芯片AD5933,以低功耗高性能处理器LUMINARY615作为控制器，利用比例测量，DFT数字解调，软件校准和补偿等技术实现了对阻抗的高精度测量。通过外接模拟开关并通过软件设计实现了量程自动转换，并能在不同频率下进行测量，能通过良好的人机界面来实时控制与显示。测试结果表明，在一定范围内测量阻抗的幅值相对误差小于1%，实现了较高精度的阻抗测量。 关键词: 阻抗测量； AD5933 ；自动量程转换；Luminay615
目录1. 系统设计 1.1 设计要求 1.2 方案比较与论证 1.2.1 系统方案比较与论证 1.2.2 系统方案 2. 系统硬件电路设计 2.1 处理器电路设计 2.2 阻抗测量电路设计 2.2.1 AD5933 简介 2.2.2 AD5933工作原理 2.2.4 测量电路 3.软件设计 3.1 开发环境简介 3.2 I2C通行协议简介 3.2 软件设计 4.系统测试 4.1 测试仪器 4.2 测试方法及结果 4.3 误差分析 5.总结 6.参考文献 附录
1.系统设计 1.1设计要求 要求设计一个较高精度的阻抗测量系统，并实现对阻抗的自动测量。 1.2方案论证与比较 1.2.1系统方案比较与论证 方案一：电桥法 电桥法是指在桥式电路的某部分施加一电压，通过调节电桥内部标准，一直到接于电桥电路中的平衡指示器获得平衡指示。这时，位于电路未知端的器件和电桥电路的其它元件之间存在确定关系。一般来说，电桥法是传统阻抗测量中准确度最高方法，特别适于中值阻抗的测量。测量原理如图1.1所示。 图1.1 电桥电路原理图 图1.1中Z1，Z2，Z3，Z4为电桥的四臂的阻抗，E为电桥的信号源，G为电桥的平衡指示器。当电桥桥路平衡时，Uab=0，桥路平衡指示器上无电流流过，根据基尔霍夫定律， I1=I2，I3=I4， Uca=Ucb，Uad=Ubd。 故I1Z1=I3Z3；I2Z2=I4Z4；以上两式相比得：Z1/Z2=Z3/Z4。 这就是四臂电桥平衡的条件，当桥路中有3个桥臂为已知时，则未知量才可求得。因为阻抗包含电阻分量和电抗分量，在调节已知阻抗使电桥达到平衡时，至少需要调节两个。在直流电桥中，因为各臂皆由纯电阻组成，故不需要考虑相位问题。对于交流电桥，各臂阻抗都等效为电阻分量和电抗分量。为了使电桥的平衡调节简单化，这两个调节阻抗元件的选择是非常重要的。最理想的调节参数是能够分别平衡被测阻抗中的电阻分量和电抗分量。 因为阻抗电桥平衡的调节和相应的计算极为复杂，所以测量操作繁琐、费时，且测量范围受限，这给测量带来极大不便。
PCB的差分阻抗测试技术 作者: 周英航上网日期: 2006年11月10日打印版订阅 关键字：PCB电路板TDR真差分TDR特征阻抗Coupon 为了提高传输速率和传输距离，计算机行业和通信行业越来越多的采用高速串行总线。在芯片之间、板卡之间、背板和业务板之间实现高速互联。这些高速串行总线的速率从以往USB2.0、LVDS以及FireWire1394的几百Mbps到今天的PCI-Express G1/G2、SATA G1/G2 、XAUI/2XAUI、XFI的几个Gbps乃至10Gbps。计算机以及通信行业的PCB客户对差分走线的阻抗控制要求越来越高。这使PCB生产商以及高速PCB设计人员所面临的前所未有的挑战。本文结合PCB行业公认的测试标准IPC-TM-650手册，重点讨论真差分TDR测试方法的原理以及特点。 IPC-TM-650手册以及PCB特征阻抗测试背景 IPC-TM-650测试手册是一套非常全面的PCB行业测试规范，从PCB的机械特性、化学特性、物理特性、电气特性、环境特性等各方面给出了非常详尽的测试方法以及测试要求。其中PCB板电气特性要求在第2.5节中描述，而其中的2.5.5.7a(IPC-TM-650官方网站下载链接https://www.doczj.com/doc/4316081103.html,/4.0_Knowledge/4.1_Standards/test/2-5-5-7a.pdf)则全面的介绍了PCB特征阻抗测试方法和对相应的测试仪器要求，重点包括单端走线和差分走线的阻抗测试。 TDR的基本原理及IPC-TM-650对TDR设备的基本要求 1.TDR的基本原理 图1是一个阶跃信号在传输线(如PCB的走线)上传输时的示意图。而传输线是通过电介质与GND分隔的，就像无数个微小的电容的并联。电信号到达某个位置时，就会令该位置上的电压产生变化，就像是给电容充电。因此，传输线在此位置上是有对地的电流回路的，因
PCB阻抗测量技术 安捷伦科技（中国）有限公司：孙灯亮 PCB传输线的特征阻抗和差分阻抗 现代的智能手机，计算机，通信设备等电子产品都内含复杂的PCB，这些PCB上的传输线负责把各种芯片连接在一起，并进行互相通信。 图1 现代高速电路中的传输线互连 衡量PCB上传输线的最重要指标是特征阻抗，或叫特性阻抗，简称阻抗。PCB传输线的特征阻抗不是直流电阻，它属于长线传输中的概念。在高频范围内，信号传输过程中，信号边沿到达的地方，信号线和参考平面（电源或地平面）间由于电场的建立，会产生一个瞬间电流，如果传输线是各向同性的，那么只要信号在传输，就始终存在一个瞬态电流I，而如果信号的瞬态电压为V，在信号传输过程中，传输线就会等效成一 个电阻，大小为，把这个等效的电阻称为传输线的特性阻抗。信号在传输的过程 中，如果传输路径上的特性阻抗发生变化，信号就会在阻抗不连续的结点产生反射。 图2 传输线用等效的集中参数电路RLCG描述 传输线的特征阻抗主要与传输线的结构有关系。把传输线分成一小段一下段，如图2所示，每一段用等效的集中参数RLCG电路表示，传输线即可用电报方程来表达： 电报方程的通解为： 其中：
为传播常数 为特征阻抗由于R, G 远小于jwL，jwC，所以通常所说的特征阻抗或阻抗是指： 这个是最终的特征阻抗公式，从公式中可见，传输线的特征阻抗只与寄生电感和寄生电容有关，而与频率没有关系，单位也直接用欧姆来表示。 寄生电感和寄生电容与传输线结构和介电常数有关，而介电常数与频率也有一些关系，所以特征阻抗与频率也有微弱的关系。 PCB中常见的几种传输线结构如图3所示。 图3 PCB中常见的单端传输线结构 微带线指的是处于PCB板外层的线路。微带线的电场穿透两种不同的介电质，相对较难控制阻抗。空气的介电常数较PCB为低，所以整体微带线的等效介电常数较低（约为2）。信号在微带线上的传输速率较快（约为每英寸145ps）。因为在微带线分布在PCB的表面，可以节省层数进行高密度布线，但是较容易受到干扰。 带状线是指处于PCB板内层的线路。带状线的电场只在PCB的范围内，相对较易控制阻抗。带状线周围介质的介电常数较高（约为 4.4），信号传输速度相对较慢（约为每英寸185ps）。因为在PCB的里面，所以不容易受干扰。 图4 微带线和带状线电场和磁场分布 对于微带线或带状线，都有如下特征：阻抗与走线宽度和走线厚度成反比；阻抗与叠层
电路理论基础实验报告 实验十一R、L、C元件阻抗特性的测定 刘健阁指导教师杨智 中山大学信息科学与技术学院广东省广州市510006 实验时间地点： 2014年5月6日中山大学东校区实验中心C103 实验操作人： 刘健阁（学号13348073）、乐云天、雷弛 （此实验报告由刘健阁撰写，乐云天、雷弛另行独自撰写实验报告） 实验目的： 1. 验证电阻，感抗、容抗与频率的关系，测定R～f , X L～f与X C～f特性曲线。 2. 加深理解R、L、C元件端电压与电流间的相位关系。 实验原理： 1. 在正弦交变信号作用下，电阻元件R两端电压与流过的电流有关系式U=RI 在信号源频率f较低情况下，略去附加电感及分布电容的影响，电阻元件的阻值与信号源频率无关，其阻抗频率特性R～f如图11-1。 如果不计线圈本身的电阻RL，又在低频时略去电容的影响，可将电感元件视为纯电感，有关系式U L= jX L I感抗X L=2πfL 感抗随信号源频率而变，阻抗频率特性X L～f如图11-1。 在低频时略去附加电感的影响，将电容元件视为纯电容，有关系式 U C=－jX C I容抗X C=1/2πf c 容抗随信号源频率而变，阻抗频率特性X C～f如图11-1
2. 单一参数R、L、C阻抗频率特性的测试电路如图11-2所示。 图中R、L、C为被测元件，r为电流取样电阻。改变信号源频率，测量R、L元件两端电压U R、 U L、U C，流过被测元件的电流则可由r两端电压除以r得到。 3. 元件的阻抗角（即相位差φ）随输入信号的频率变化而改变，同样可用实验方法测得阻抗角的频率特性曲线φ～f。 用双踪示波器测量阻抗角（相位差）的方法： 将欲测量相位差的两个信号分别接到双踪示波器Y A和Y B两个输入端。调节示波器有关旋钮，使示波器屏幕上出现两条大小适中、稳定的波形，如图11-3所示，荧光屏上得不平方向一个周期占n格，相位差m格，则实际的相位差φ（阻抗角）为φ=m×(360/n)。 实验设备： 1. 函数信号发生器 1 2. 交流毫伏表 1 2. 双踪示波器 1 3. 实验电路元件R、L 1 DGJ-05 实验内容及步骤： 1. 测量单一参数R、L、C元件的阻抗频率特性 实验线路如图11-2所示，取R=1KΩ，L=10mH，C =1μF，r=200Ω。通过电缆线将函数信号发生器输出的正弦波信号接至输入端，作为激励源u，并用交流毫伏表测量，使激励电压的有效值为U=3V，并在整个实验过程中保持不变。 改变信号源的输出频率从200Hz逐渐增至50Hz（用频率计测量），分别接通R、L、C三个元件，用交流毫伏表分别测U R、U r、U L、U r；U C、U r，并通过计算得到各频率点时的R、X L与X C之值，记入表中。
PCB特性阻抗简介 今就电子学的领域出发解译影响高频特性阻抗品质〝谐振（resonance）〞。所谓的谐振意指可发生于任一物理系统中，只要该系统具有相对形式之贮能零件。当贮存于这些零件中之能量作相互交换时，就不需再自能源取得额外之能量，而将有谐振存在。 我们都知道当驾驶一前轮不平衡之车辆时，在某些特定速率下，不平衡的轮子之振动率等于前端悬吊者之自然谐振频率，则存在在一系统中之弹簧及质量中之能量可彼此互作交换导致一大的振动及方向盘之移动，这些情形司机常见到之。 在此文中，我们将讨论在电路中之谐振特性及一些应用。电路中之谐振，要求电抗量必须能互相抵销。在一串联RLC电路中，此需电抗性电压降抵消：在一并联RLC电路中，则需电抗性电流互相抵消。 一串联电路的阻抗，为电阻值及电抗值之向量和。在一串联RLC电路中，将有一频率，在该频率下可使其电感抗及电容抗相等，此频率称为谐振频率。可使电抗值互相抵销，导致净电抗值为0，在谐振频率(f0),|XL|=|XC|。 其中所言的RLC电路即指电阻、电感、电容组件所组合而成的电子回路，所以了解何为特性阻抗之前，甚至何谓谐振频率应先就其材料特性加以了解。 就电阻而言：电阻器(resistor)在高频电路中应用甚广，但是一般对电阻特性的了解，仍多局限于电阻在直流电路中所呈现的阻尼特性。实际上，电阻在高频电路中，因受信号频率的影响，不仅电阻值会随之改变，更可能会呈现电感或电容的特性。 如图所示电阻器在高频时的等效电路，R为电阻器的电阻值，L为其两端引线的电感，C为存在于电阻器内所有杂散电容的总和。杂散电容形成的原因，随电阻器结构的不同而异。以碳粒合成电阻(carbon composite resistor)为例，由于其结构为以微小碳粒压合而成，故在各碳粒之间都存有电容。此即为等效电路中杂散电容C的来源之一。由此可以推知碳粒合成电阻的高频特性甚差。 另外就TDR测量空板上的传输线而言亦可依上述的方式解译，其中上述所提L的效应来自电阻的两端引线，同理推验可知，TDR所使用探棒的测头如接于导通孔时即产生传输路径，此输入信道愈长则L效应相对愈大，此现象将如同业先前