当前位置:首页 > 测试测量 > 测试测量
[导读] 设计人员往往忽略高容量、多层陶瓷电容(MLCC)随其直流电压变化的特性。所有高介电常数或II类电容(B/X5R R/X7R和F/Y5V特性)都存在这种现象。然而,不同类型的MLCC变化量区别很大。Mark Fortunato曾经写过

设计人员往往忽略高容量、多层陶瓷电容(MLCC)随其直流电压变化的特性。所有高介电常数或II类电容(B/X5R R/X7R和F/Y5V特性)都存在这种现象。然而,不同类型的MLCC变化量区别很大。Mark Fortunato曾经写过一篇关于该主题的文章,给出的结论是:您应该核对电容的数据资料,确认电容值随偏压的变化。但如果数据资料中未提供这一信息又该如何呢?您如何确定电容在具体应用条件下变小了多少?


对电容与偏压关系进行特征分析的理论

图1所示为一种测量直流偏压特性的电路。该电路的核心是运算放大器U1(MAX4130)。运放作为比较器使用,反馈电阻R2和R3增加滞回。D1将偏置设置在高于GND,所以不需要负电源电压。C1和R1从反馈网络连接至输入负端,使电路作为RC振荡器工作。电容C1为被测对象(DUT),作为RC振荡器中的C;电位计R1为RC振荡器中的R。



图1:对电容与偏压关系进行特征分析的电路。


运放输出引脚的电压波形Vy以及R、C之间连接点的电压Vx如图2所示。当运放输出为5V时,通过R1对C1进行充电,直到电压达到上限,强制输出为0V;此时,电容放电,直到Vx达到下限,从而强制输出恢复为5V。该过程反复发生,形成稳定振荡。



图2. VX和VY的振荡电压。


振荡周期取决于R、C,以及上门限VUP和下门限VLO:


由于5V、VUP和VLO固定不变,所以T1、T2与RC成比例(通常称为RC时间常数)。比较器门限是Vy、R2、R3及D1正向偏压(Vsub>Diode)的函数:



式中,VUP为Vy= 5V时的门限,VLO为Vy = 0V时的门限。给定参数后,这些门限的结果大约为:VLO为0.55V,VUP为1.00V。

Q1和Q2周围的电路将周期时间转换为比例电压。工作原理如下。MOSFET Q1由U1的输出控制。T1期间,Q1导通,将C3电压箝位至GND;T2期间,Q1关断,允许恒定电流源(Q2、R5、R6和R7)对C3进行线性充电。随着T2增大,C3电压升高。图3所示为三个周期的C3电压。




图3:T1期间,C3箝位至GND;T2期间,对其进行线性充电。


C3电压(VC3)平均值等于:


由于I、C3、α和β均为常数,所以C3的平均电压与T2成比例,因此也与C1成比例。

低通滤波器R8/C4对信号进行滤波,低失调运放U2 (MAX9620)对输出进行缓冲,所以,允许使用任何电压表进行测量。测量之前,该电路需要进行简单校准。首先将DUT安装到电路,将VBIAS设定为0.78V (VLO和VUP的平均值),所以DUT上的实际平均(DC)电压为0V。调节电位计R1时,输出电压随之变化。调节R1,直到输出电压读数为1.00V。在这种条件下,C3的峰值电压为大约2.35V。可更改偏置电压,输出电压将显示电容值的变化百分比。例如,如果输出电压为0.80V,在特定偏置电压下的电容值将为偏置为0V时的80%。

在一块小PCB上搭建图1电路。首先使用一个10μF电容进行测量。图4和图5分别显示了0V和5V偏压条件下的信号。




图4:VBIAS = 0V时的测量结果,Ch1 = Vx;Ch2 = Vy;Ch3 = VC3。调节R1,使电压表读数为1.000V。

图5. VBIAS = 5V时的测量结果。由于电容值减小,振荡周期已经明显缩短。Ch1 = Vx;Ch2 = Vy;Ch3 = VC3。电压表读数为0.671V。


0V偏压时,调节电位计R1,使电压表读数为1.000V。5V偏压时,电压表读数为0.671V,说明电容值为原来的67.1%。利用高精度计数器,也测得总周期T。0V偏压下的T为4933?s,5V偏压下为0V,说明电容值为原来的66.5% (即3278μs/4933μs)。这些值非常一致,证明电路设计可高精度测量电容值随偏压的变化关系。

现在执行第二项测量,从Murata提供的样本中抽取2.2μF/16V电容(型号为GRM188R61C225KE15)。本次测量中,在0V至16V整个工作范围内记录电容值。通过测量电路的输出电压和实际振荡周期,确定相对电容。此外,从Murata Simsurfing工具采集数据;该工具可根据Murata的测量值提供具体器件的直流偏置特性。结果如图6所示。两条测量数据曲线所示的结果几乎完全相同,证明时间-电压转换电路在较大动态范围内工作良好。Simsurfing工具得到的数据与我们的测量结果之间存在一定差异,但曲线的形状相似。





图6:2.2μF/16V MLCC的相对电容与偏置电压的关系曲线。电容值被标准化至0V偏压下的电容值。蓝色曲线基于电路输出电压的测量值;红色曲线基于振荡周期测量值;绿色曲线基于Murata Simsurfing工具提供的特征数据。


总结

利用介绍的电路、双电源和电压表,很容易测量高电容MLCC的直流偏压特征。简单的实验室测试能够证明电容值随偏置电压的变化。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

9月2日消息,不造车的华为或将催生出更大的独角兽公司,随着阿维塔和赛力斯的入局,华为引望愈发显得引人瞩目。

关键字: 阿维塔 塞力斯 华为

加利福尼亚州圣克拉拉县2024年8月30日 /美通社/ -- 数字化转型技术解决方案公司Trianz今天宣布,该公司与Amazon Web Services (AWS)签订了...

关键字: AWS AN BSP 数字化

伦敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英国汽车技术公司SODA.Auto推出其旗舰产品SODA V,这是全球首款涵盖汽车工程师从创意到认证的所有需求的工具,可用于创建软件定义汽车。 SODA V工具的开发耗时1.5...

关键字: 汽车 人工智能 智能驱动 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越来越多用户希望企业业务能7×24不间断运行,同时企业却面临越来越多业务中断的风险,如企业系统复杂性的增加,频繁的功能更新和发布等。如何确保业务连续性,提升韧性,成...

关键字: 亚马逊 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,据媒体报道,腾讯和网易近期正在缩减他们对日本游戏市场的投资。

关键字: 腾讯 编码器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中国国际大数据产业博览会开幕式在贵阳举行,华为董事、质量流程IT总裁陶景文发表了演讲。

关键字: 华为 12nm EDA 半导体

8月28日消息,在2024中国国际大数据产业博览会上,华为常务董事、华为云CEO张平安发表演讲称,数字世界的话语权最终是由生态的繁荣决定的。

关键字: 华为 12nm 手机 卫星通信

要点: 有效应对环境变化,经营业绩稳中有升 落实提质增效举措,毛利润率延续升势 战略布局成效显著,战新业务引领增长 以科技创新为引领,提升企业核心竞争力 坚持高质量发展策略,塑强核心竞争优势...

关键字: 通信 BSP 电信运营商 数字经济

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央广播电视总台与中国电影电视技术学会联合牵头组建的NVI技术创新联盟在BIRTV2024超高清全产业链发展研讨会上宣布正式成立。 活动现场 NVI技术创新联...

关键字: VI 传输协议 音频 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日举办的2024年长三角生态绿色一体化发展示范区联合招商会上,软通动力信息技术(集团)股份有限公司(以下简称"软通动力")与长三角投资(上海)有限...

关键字: BSP 信息技术
关闭
关闭