DDS掃頻技術實現寄生電感測量儀

本文介紹了一種利用LC 諧振原理測量電容自身寄生電感的方法。利用直接數字合成器產生可編程的掃頻信號激勵含有寄生電感的電容，同時采用對數檢波器對經過待測網絡后的信號進行檢波，在利用AD 轉換器采集檢波器輸出的直流信號。利用特定的程序算法比較連續的頻率點的輸出電平，最終找出諧振點頻率，求出電容的自身寄生電感。

　　引言

　　實際的電容元件存在著分布參數，其中對電容本身特性影響最大的是寄生電感，這些寄生電感與電容本身構成諧振回路，使電容在使用時有了一定的局限性，因此，能夠測量出電容本身寄生電感的大小，可以在使用時更合理的選擇電容元件。由于寄生電感的電感量很小，多為nH 級別，導致絕大部分LCR 電橋無法測量電容本身的寄生電感。為了準確的測量寄生電感，文中描述了一種利用自諧振原理的測量方法，結合DDS 掃頻技術可以快速完成寄生電感的測量，其測量方法簡單精確，將能夠滿足大多數場合的應用。

　　1 測量原理

　　實際電容由于制造的工藝導致本身存在寄生電感和寄生電阻， 其等效電路模型如圖1 所示。

　　圖1 實際電容等效電路模型

　　其中C 為實際電容本身的標稱電容， L 是其寄生電感， Rp是其并聯等效電阻， Rs 是其串聯等效電阻。寄生電阻會對經過電容的信號造成衰減， 但不會影響電容本身的頻率特性。寄生電感會與電容構成串聯諧振回路， 會使實際的電容在某個頻率上發生諧振， 這種現象稱為電容的自諧振 。實際電容的阻抗和頻率特性曲線如圖2 所示。

　　圖2 實際電容頻率特性曲線

　　圖2 中的f 0 是電容與其寄生電感構成的諧振回路的諧振頻率， 稱之為自諧振頻率， 實線部分為實際的電容頻率特性曲線， 虛線為理想無寄生電感的電容特性曲線。可見， 在低于自諧振頻率時， 電容呈現容性， 阻抗隨頻率增高而減小; 然而當頻率超過自諧振頻率時， 電容表現出阻抗隨頻率增高而上升的趨勢， 這恰好是電感的特性。該曲線表明實際的電容僅能工作于自諧振頻率以下， 高于自諧振頻率時， 電容則表現為感性， 無法再繼續作為電容使用了。可見， 準確的測得電容的自諧振頻率， 求出其寄生電感， 對于電容的正確使用有著非常重要的意義。然而該電感往往非常小， 通常為nH 級別， 一般的LCR 電橋無法測量這種微小的電感。因此就需要一種不同于電橋法的測量這種微小電感的方法。

　　由電感和電容構成的LC 串聯回路的諧振頻率為：