概要信息：

射频电路测试原理
第十三讲 阻抗测试原理
guolinli@tsinghua.edu.cn
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期2
课程体系结构
目标：服务于射频通信系统设计
定位：射频通信系统测试中的测试原理
D
U
PLEXER
LNA
PA
ADC
DAC
D
SP(D
e/M
od)
Baseband
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期3
射频信号
矢量信号
D
U
PLEXER
LNA
PA
ADC
DAC
Baseband
D
SP(D
e/M
od)
网络分析仪
（射频测试）
频谱分析仪
＋信号发生器
网络特性：传输特性、反射特性
信号特性（失真、功率）、传输特性
逻辑分析仪
示波器
矢量信号分析仪
噪声系数分析仪
混合信号
电路设计：
信号完整性
阻抗
阻抗分析仪
时域反射计
模块/系统调试
射频电路测试原理
误差理论
通用测试仪器
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期4
把测试仪器理解为通信机
交叉理解射频通信系统和通用测试仪器，
相互借鉴
接收机
频谱分析仪、示波器、网络分析仪、逻辑分析仪、
噪声系数分析仪、矢量信号分析仪
发射机
信号发生器
射频通信系统中的测试原理就是射频通
信系统的设计原理
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考试
重点
频谱仪、网络分析仪、示波器、时域反射计
射频测试、时域测试、阻抗
2005/6/15/上午8:00-10:00/6教6A118
开卷
评分
期末40分
作业30分
翻译40分
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期6
阻抗测试原理 参考文献
Agilent资料
Kazunari Okada, Toshimasa Sekino, Agilent Technologies 
Impedance Measurement Handbook, Dec, 2003
…
Eric Bogatin, Signal Integrity: Simplified, Prentice 
Hall, 2003
李玉山，李丽平译，《信号完整性分析》，电子工业出版社，
2005
Howard Johnson, High Speed Digital Design --- A 
Handbook of Black Magic, Prentice Hall, 1993
沈力等译，《高速数字设计》，电子工业出版社，2004
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期7
目录
信号完整性分析与阻抗
阻抗的基本定义
阻抗测试差异
阻抗测试技术
阻抗测试中的误差补偿：校准
课程体系结构总结
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期8
一、信号完整性分析
随着时钟频率的提高，确定和解决信号完整性问题成
为产品设计中最为关键的问题，成功属于那些准确把
握信号完整性问题并能采取有效的设计流程消除这些
问题的公司。只有运用新规则、新技术和新分析工具，
才能实现高性能的设计并缩短开发周期。
There are two kinds of designers, those with signal-integrity 
problems and those that will have them.
广义地讲，信号完整性指的是高速产品中由互连线引
起的所有问题
研究互连线与数字信号的电压电流波形相互作用时其电气特
性参数如何影响产品的性能
时序、噪声、电磁干扰
As clock frequencies increase, identifying and solving signal-integrity problems becomes critical. The successful 
companies will be those that master signal-integrity problems and implement an efficient design process to 
eliminate these problems. It is by incorporating new design rules, new technologies, and new analysis tools that 
higher performance designs can be implemented and meet ever-shrinking schedules
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四类特定问题
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期10
单线网络的信号质量问题
当信号从驱动源输出时，构成信
号的电流和电压将互连线视为一
个阻抗网络，当信号沿网络传播
时，它不断地感受到互连线瞬态
的阻抗变化
如果阻抗不变，则信号将无失真地
传播
如果阻抗发生变化，信号就会在变
化处产生反射，通过的部分信号将
会产生失真
如果阻抗变化程度极大，失真有可能导
致错误的触发
1. A line-width 
change
2. A layer change
3. A gap in return-
path plane
4. A connector
5. A branch, tee, 
or stub
6. The end of a 
net
The way to minimize the problems associated with 
impedance changes is to keep the impedance the 
signal sees constant throughout the net
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Crosstalk
多线网络的串扰问题
网络间的容性耦合和感性耦
合为串扰信号提供了路径
返回路径为均匀平面是实现
最低串扰的结构，如果返回
路径均匀平面发生变化了，
感性耦合将比容性耦合增加
得多
感性耦合主导的串扰又称开
关噪声，∆I噪声
耦合电感主导的开关噪声是
连接插件头及封装设计中最
为重要的噪声来源
谨慎设计信号路径的物理结
构，尽量降低网络间互感量
双线系统的近端串
扰和远端串扰测试
总线上的开
关噪声测试
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期12
轨道塌陷噪声 Rail-Collapse Noise
集成电路的发展趋势是低电源电压和高功率消
耗
门越来越多，开关速度越来越快
电源-地系统的设计目标是使电源分配系统的
阻抗最小
1Ω－>0.0001Ω
相邻的电源和地间介质尽量薄，紧密靠近；低电感
去耦电容；多电源管脚、多地管脚、短管脚；片内
去耦
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轨道电源噪声
3M公司的C-Ply
H=8um
ε=20
超低回路电感
大分布电容
降低了电源地分
布阻抗
0 .
5V
/d
iv
5ns/div
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电磁干扰 EMI
电磁干扰问题包含三个方面：噪声源、辐射传
播路径和天线
前面的三个信号完整性问题的根源也是电磁辐射的
根源
即使噪声远远低于完整性噪声预算，它仍有可能引
发严重的辐射
产生辐射的大多数电压源来自于电源和地分配
网络，减小轨道塌陷噪声也能降低辐射
IO接头的阻抗，特别是返回路径的插件连接头
的阻抗，会严重影响噪声电压，并引发辐射电
流
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期15
信号完整性的两个重要推论
1. 随着上升沿的降低，信号完整性问题会变
得十分严重
信号完整性问题是以电压或电流的变化速度来衡量
的，上升沿小意味着dI/dt或dV/dt很大
2. 解决信号完整性问题的有效办法很大程度
上基于对互连线阻抗的理解上
如果对阻抗有一个清晰的认识，能把互连线的物理
设计与互连线阻抗联系起来，那么在设计过程中就
能消除许多信号完整性问题
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期16
用阻抗描述信号完整性问题
任何阻抗突变都会引起电压信号的反射及失真，这会
使信号质量恶化
保持阻抗不变
信号的串扰是由两条相邻信号线（及其返回路径）之
间的电场和磁场的耦合引起的
信号线间的互耦合电容和互耦合电感产生的阻抗决定了耦合
量
电源供电轨道的塌陷与电源分布系统阻抗有关
降低阻抗
最大的EMI根源是流经外部电缆的共模电流
可通过在电缆周围加铁氧体扼流圈技术增加共模电流做受阻
抗以减小共模电流的辐射效应
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期17
阻抗是解决信号完整性问题的核心
阻抗不仅可以用来描述与信号完整性相
关的问题，而且还可以用来得到信号完
整性问题的解决方案和设计方法…1
为了把物理系统设计成为我们希望的最
佳性能，需要把设计的物理结构转化为
等效的电路模型，之后就可以用电路仿
真器进行仿真和性能预测。因此需要对
阻抗进行建模，阻抗测量是阻抗建模的
最基本依据…2
射频频带对阻抗的测量是困难的，但阻抗测
量可以使设计者更加明了如何使他们的设计
符合指标
321
4 5 6
7 8 9
0* #
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I
VZ =
二、阻抗的基本定义
Ω5.0
Ω1
Ω10
MHz10 MHz100 GHz1
阻抗的基本定义就是：流
经器件的电压电流比例关
系
阻抗定义适用于所有场合：
时域/频域，实际器件/理想
器件
电阻、电容、电感、传输
线、…
Only real devices can be 
measured, and only ideal 
elements can be calculated or 
simulated
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理想器件的时域阻抗定义
理想电阻
理想电容
理想电感
理想电容的阻抗和其两端电压波形的变化有关；理想电感
的阻抗和流过电感器的电流变化有关
时域内用阻抗描述理想电路元件可能是一种非常复杂的方
法，转换到频域分析则问题可以简化
R
I
VZ ==
( ) dtdVC
V
dtCVd
V
dtdQ
V
I
VZ ====
I
dtIdL
I
VZ ==
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期20
dtdVC
V
I
VZ ==
例：电容的时域电阻
? t
t
CdttdC
tZ
ω
ω
ωω
ω
cos
sin1
sin
sin
==
√ ?
落后90°
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期21
阻抗的频域定义
t
t
CdttdC
t
I
VZC ω
ω
ωω
ω
cos
sin1
sin
sin
===
Cj
e
Ce
e
C
Z
j
tj
tj
C ωωω
π
ω
πω
111 2
2
===
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −
频域：只有正弦波
计算两个正弦波的比值，计算两波形的幅度
之比和两者的之间的相移
频域中表述电容和电感的阻抗形式都十分的
简单，因而阻抗的表述往往在频域内表述
LjZL ω=
例：10nF的去耦电容，在1GHz频率时的
阻抗为多少？
Ω=
×××
== 016.0
10114.32
11
nFGHzC
X C ω
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复数阻抗与导纳
施加正弦信号---幅度、频率、相位
jBG
V
IY +==jXR
I
VZ +==
导纳
admittance
阻抗
impedance
G
jB
电导
conductance
jXR
电纳
susceptance电抗
reactance
电阻
resistance
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ϑ∠=+= YjBGY
阻抗/导纳平面
resistive
in
du
ct
iv
e
ca
pa
ci
tiv
e
Z
θ
θ∠=+= ZjXRZ
R
X
22 XRZ +=
R
Xarctan=θ
conductive
in
du
ct
iv
e
ca
pa
ci
tiv
e
Z
Y 1
=
ϑ G
B
22 BGY +=
G
Barctan=ϑ
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期24
耗能
储能
=Q
非理想电感/电容的Q值
resistive
in
du
ct
iv
e
ca
pa
ci
tiv
e
Z
θ
R
X
R
X
Q == θtan
conductive
in
du
ct
iv
e
ca
pa
ci
tiv
e
ϑ
G
B
G
B
Q == ϑtan
B
GD === δϑ tanctan
Dissipation factor
C
G
B
G
ω
δ ==tan
δ
Quality factor
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为何测试不能保持一致性？
三、阻抗测试差异
Q : 165
Q = 120
?
D U T
Z Analyzer
Q : 165
Q : 120
LCR meter
L : 5.231 uH
?
D U T
L : 5.310 uH
LCR meter
5.310 uH
LCR meter
5.231 uH
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误差来源
器件相关因素
测试信号频率、测试信号电平、直流偏置、
环境参数（温度、湿度、…）、老化、…
为什么这些因素会影响到测试结果？
理想值、实值、示值
测试误差
电路模型（方法误差）
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期27
寄生元件把问题复杂化了
所有的器件都有寄生效应，寄生效应大
小取决于器件材料差异、设计方案的不
同
理想器件是仿真用的，实际中不存在理想电
阻、理想电容、理想电感和理想传输线
实际器件都有寄生效应，因而它们的行为必
然受到寄生效应的影响
或者说，所有器件的测试都是有限制的
确定的频率、温度、湿度、偏置…
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期28
你买来的根本就不是一个电容
频率测试中必须考虑的最关键因
素之一
实际的电容
一阶电容模型
二阶RLC模型
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期29
测试信号电平
贴片器件SMD越来
越流行，以贴片电
容为例
陶瓷介质特性和测
试信号强度相关，
介电常数越高，相
关度越大
Vac
C
Low ε
Mid ε
High ε
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期30
Idc
L / %
0 50 100
0
2
-
2-
4-
6-
8-
10-
20
直流偏置
开关电源中的
功率电感用于
高电流下噪声
的滤除，需要
确认直流偏置
的影响不应该
影响其滤波特
性
正确的直流偏
置，尤其是对
II型贴片电容 Vdc
Type I
Type II
C / %
0 50 100
0
2
-2
-4
-6
-8
-10
-20
NPO (low ε)
X7R (high ε)
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温度影响
温度的
影响必
须在测
试和电
路设计
中予以
考虑
Type I and II  SMD Capacitors
T /  C
Type I
Type II
C / %
-60 60 140
10
15
5
0
-5
-10
-15
-20
NPO (low ε)
X7R (high ε)
-20 20 100
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d
AC r 0εε=
理想值、实值、示值
理想值
理论值，以及仿真电路模型中中给出的单个元件都是理想的
+/-
Instrument Test fixture Real world device
%
实值
在测量带宽内的有效值
设计和仿真中，有效值在有效带宽内可以
表述实际元件的行为
示值
测试仪器显示
出来的测量结
果还包括了工
作台影响及仪
器内部误差
测量的准确度
在于能否使示
值尽可能地接
近于实值
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期33
误差使示值和实值相差甚大
合理的修正及补偿可以使示值与实值相近
误差来源及修正
DUT
R  + jXx x
Test 
FixtureInstrument
Port
Extension
Technique
Inaccuracies Complex
Residuals Residuals
RFI
Noise
Parasitics
Calibration
LOAD
Compensation Compensation
EShielding
Guarding
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期34
Guarding
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测试结果/计算结果与模型
I-V方法 反射系数方法
IV , Γ被测量
Γ−
Γ+
=
1
1
0ZZ
I
VZ =计算公式
是电阻、电容、电感、还是它们的并联、串联？基于模型的近似
实际的电路模型可以是一阶的、二阶的、高阶的，从而在不同带宽内完全
拟合测试结果
然而仪器内部往往不能处理这么复杂的模型，仪器内部总是假设测量的是
二元素模型，因而假设测试一个实际电容的话，仪器显示的阻抗结果要么
是一个电阻和一个电容的并联，要么是一个电阻和一个电容的串联
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期36
串并联等效的一般规则
对于大电容（>100uF），电容和电阻的串联模型较好；
对于小电容（<10uF），电容和电阻的并联模型较好
对于表面贴装电容，由于（串联）接触电阻和电感较小，用
电容和电阻的并联模型往往能更好表述
大电感用并联模型好，小电感用串联模型好
把你的等效模型告诉测试仪器，测试仪器将显示出测
试值来，显然不同的模型有不同的测试结果
C
R
p
p ( ) PPS CDCC ≈+= 21
CR ss
21 Q
RR P
S +
=
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期37
四、测试技术
测试技术的方法误差是测试不一致性的主要来
源，因此选择合适的测试技术是阻抗测试最为
重要的一个环节
自平衡电桥法 Auto balancing bridge
谐振法（Q表） Resonant
I-V法 I-V probe
射频I-V法 RF I-V
网络分析法（反射系数法） Network analysis
时域反射计 TDR
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期38
4.1 测试方法的选择
没有任何一种测试方法可以包打一切
测试技术的选择，必须综合考察如下条件
频率范围
阻抗范围
测试精度
被测参数
被测器件的物理特性
…
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期39
频率范围
Network Analysis 
100KHz
%5.1
RF I-V
1 MHz 1.8 GHz
I-V
10KHz 110MHz
22KHz
Resonant
30MHz 70MHz
Auto Balancing Bridge
5HZ 40MHz
%05.0
1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M 1G 10G
Frequency (Hz)
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期40
阻抗是频率的函数
1 10 100 1K 10K 100K 1M 10M 100M 1G
10M
1M
100K
10K
1K
100
10
1
100m
10
nH
1n
H
10
0p
H
10
0n
H
1u
H
10
uH
10
0u
H
1m
H10
mH
10
0m
H
10
H
1K
H
10
0K
H
1mF
10mF
100mF
100uF
10uF
1uF
100nF
10nF
1nF
10pF
100fF 1fF
Frequency (Hz)
Im
pe
da
nc
e 
(O
hm
s)
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期41
阻抗范围
Frequency
10M
1M
100K
10K
1K
100
10
1
100m
Im
pe
da
nc
e 
(O
hm
s)
10m
1m
100M
100K 1M 10M 100M 1G Hz10G
Network Analysis
RF I-V
10 100 1K 10K
I-V (Probe)
Auto Balancing Bridge
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期42
哪种方法最优？
没有最好，都好
没有一种方案可以用于所有的情况下
每种方法都有优点和缺点
可能需要多种方案的综合
如电缆测试，电桥法可以提供阻抗信息，而
时域反射计可以提供电缆中的不连续性信息
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期43
4.2 自平衡电桥法
Virtual ground
V
-
+
2
V1
DUT
R2
I2
H L
I
I = I2
222 RIV −=
2
2
1
2
11 R
V
V
I
V
I
VZdut −===
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期44
自平衡电桥法特点
自平衡电桥法在40MHz以内的测量是最优的，
它提供最佳的精度，最宽的阻抗范围，同时由
于是低频技术，因而也是最简单的测试技术
最精确的测量：0.05%；
最宽的测试范围：3mΩ -500MΩ
多参数测量：C/L/D/Q/R/X/G/B/Z/Y/…
测试条件宽松；简单
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期45
附：电桥法
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期46
4.3 谐振法（Q表）
高Q测试困难，
可用谐振法
测量Q值
resistive
Z
θ
R
X
R
XQ =
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期47
Q表
调谐电容使回路谐振
谐振时，回路只有电阻，电容上电压最大
V~
OSC
Tuning C
(X c) V
L (X  ), RD DDUT
e I= e
Z
( ) Cf
LDUT 2
02
1
π
=
e
V
Q =
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期48
Q表测试法的特点
Q表一般是手工调试的
目前有自动调节的空气电
容器，可从手工调试中解
脱出来，实现自动测试
适于高Q值或低D值器件测
试
低D电容测试不准确，这
是因为需要一个非常稳定
的参考电感，一般来说精
密的电感是很难设计的
测试精度有限
测试表贴电容需要特殊的
测试台（测试夹），因而
引入寄生杂散电容
补偿requires experienced user
Vector Scalar
automatic and fast manual and slow
easy to use
No compensationlimited compensation
75kHz - 30MHz 22kHz - 70MHz
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期49
4.4 I-V法
V2
V 1
DUT
V  = I R2 2
Z = 
V
I
1
2
= 
V R
V
1
2
I 2
R
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期50
I-V法特点
能够提供较好中频范围内的测试
中频：10kHz-110MHz
中等精度和测试范围
应用简单
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期51
4.5 射频I-V法 Vi
Vv
Ro
Ro DUT
Voltage
Current
Detection
Detection
Low Impedance Test Head
Current Detection
Voltage Detection
Current Detection
Voltage Detection
1−
=
v
i
o
D
V
V
RZ
Vi
Vv
Ro
Ro DUT
Voltage Current
Detection Detection
High Impedance Test Head
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−= 1
i
v
oD V
VRZ
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期52
射频I-V特点
高频段（>100MHz）最高测试精度方法
虽然是50Ω系统，但阻抗测试范围仍然较高
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期53
4.6 网络分析法
高频最佳测试方案
合适：>100kHz
最佳：>1.8GHz
反射系数法是唯一的测试方案
中等精度
测试范围有限
Γ−
Γ+
=
1
1
0ZZ
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期54
4.7 时域反射计 TDR
不连续性分析/阻抗变
化分析
传输线、测试夹、信号
完整性
50Ω附近
Series R & L
Parallel R & C
0
t
Z L
DUT
Oscilloscope
Step Generator
VV INC R
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期55
首先是频率范围，其次是阻抗范围，再次是测试精度，最后是其他考虑
4.8 测试方法选择要点
自平衡电桥：低频<40MHz，110MHz， ※
I-V法：接地和浮地测试，中频10kHz-
110MHz
射频I-V法：高频，1MHz-1.8GHz， ※
网络分析法：高频，>1.8GHz， ※
谐振法：高Q/低D
时域反射计：不连续性
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期56
4.9 HP产品列表
Auto Balancing Bridge
(Four-Terminal Pair)
Resonant (Q-Meter)
RF I-V
Measurement Method HP Products Frequency range
HP 41941A Impedance Probe (with
HP 4194A)
HP 4193A Vector Impedance Meter
HP 42851A Q Adapter ( with HP 4285A)
10KHz to 100MHz
400KHz to 110MHz
10Hz to 40MHz
5Hz to 13MHz
20Hz to 1MHz spot
100Hz to 10MHz spot
75KHz to 30MHz
75KHz to 30 MHz
HP 4263A LCR Meter
HP 4284A Precision LCR Meter
HP 4192A LF Impedance Analyzer
HP 4194A Impedance/Gain-Phase
Analyzer
HP 4285A Precision LCR Meter
HP 427xA LCR Meters
HP 4286A RF LCR Meter
HP 4291A Impedance/Material Analyzer
100Hz to 100 kHz spot
1 MHz to 1 GHz
1 MHz to 1.8 GHz
I-V (Probe)
Ω−Ω kBAgilent 101.0:4291 
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期57
HP产品列表（续）
Network Analysis 
(Reflection Coefficient)
TDNA (TDR)
Measurement Method HP Products Frequency range
300KHz to 1.3GHz/6GHz
130MHz to 13.5GHz/20GHz
45 MHz to 100GHz
5Hz to 500MHz
100 kHz  to 500MHz
100 kHz to 1.8 GHz
HP 8751A Network Analyzer
HP 8752C/8753D RF Network Analyzers
HP 8510B Network Analyzer
HP 54121T Digitizing Oscilloscope and TDR
HP 4195A Network/Spectrum Analyzer
with HP 41951A Impedance Test Set
HP 8752C/8753D RF Network Analyzers
HP 8719C/8720C Network Analyzers
HP 8510B Network Analyzer
HP 8719C/8720C Network Analyzers
HP 4396A Network/Spectrum Analyzer
with HP 43961A Impedance Test Kit
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期58
五、误差补偿 (RF I-V:4291B)
误差补偿和误差校准
开路/短路补偿
开路/短路/匹配补偿
测试实例
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期59
5.1 误差校准
校准平面（Calibration Plane）：一个有确
定测试精度的测试参考面。
该参考面称为校准平面，一般位于测试仪器的前面
板接头处
Standard DeviceZ Analyzer
!100LCR Meter
100
Calibration Plane
(Measurement accuracy is specified.)
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期60
校准平面延拓：电缆修正
测试仪器一般提供电缆修正功能，从而可以实
现校准平面的延拓，延拓至特定电缆的尾端
电缆特性必须是验证过的，仪器将自动将电缆引入
的相位偏移及其他因素考虑进去，并予以校准消除
LCR
Meter
LCR
Meter
HP Measurement Cable
Calibration Plane Calibration Plane
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期61
补偿
补偿：降低由测试夹引
入的测试误差的方案：
补偿就是校准
测试夹位于校准平面和被
测器件之间
没有测试夹，在校准平面
进行测试将保证确定的精
度，然而实际测试中几乎
总是有测试夹的，它们将
降低测试精度
补偿技术包括open/short
和open/short/load两种
方案
Z Analyzer
LCR Meter
Fixture
Cables
Scanner, etc.
100
+Z
Z DUT
100
Calibration Plane
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期62
5.2 open/short 补偿
开路/短路补偿技术是
最流行的补偿技术，该
技术中假设测试夹引入
的残余误差被等效为残
余阻抗和残余导纳
开路时，阻抗测试结果
近似为残余导纳的倒数
短路时，阻抗测试结果
为残余阻抗
实际阻抗可以将其影响
剔除
Zdut
Rs Ls
Co Go
Hc
Hp
Lp
Lc
Zm
StrayResidual
Test Fixture Residuals
Admittance ( Yo )Impedance ( Zs )
( )smo
sm
o
dut ZZY
ZZ
Y
ZZ
Z
−−
sm
−
=
−
−
=
11
1
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期63
适用与不适用范围
适用
仪器自带测试夹
仪器自带测试夹和电缆
不适用
过于复杂的残余误差情况
自制测试夹、多端口测试台、balun、滤波器、
直流偏置、…
相移误差
未校准的非仪器自带电缆
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期64
复杂残余情况
SCANNER
DUT
LCR Meter
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期65
未校准相移误差
LCR Meter
DUT
Test Fixture
Not a standard length cable*
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期66
5.3 open/short/load 补偿
Zdut
A B
C D
DUTV 2V1
Unknown 2-terminal
Impedance
Instrument
I1 I2
pair circuit
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期67
理论推导
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
2
2
1
1
I
V
DC
BA
I
V
DCZ
BAZ
DICV
BIAV
I
VZ
+
+
=
+
+
==
2
2
22
22
1
1
1
C
AZopen o =:
mo
sm
mo
sm
m
m
dut ZZ
ZZ
C
D
CZCZ
DZDZ
CZA
BDZZ
−
−
=
−
−
=
−
−
=
D
BZshort s =:
C
DZ
Z
C
DZZ
DCZ
DZZCZZ
std
sstdo
std
sstdo
sm
+
+
=
+
+
=
DCZ
BAZZload
std
sta
sm +
+
=: std
sms
osm Z
ZZ
ZZ
C
D
−
−
=
DCZ
BAZZDUT
dut
dut
m +
+
=: std
mo
sm
sms
osm
dut Z
ZZ
ZZ
ZZ
ZZZ
−
−
−
−
=
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期68
100pF:HP4285A:HP16048E(4 meter cable)
对于过长的电缆，高频下的相移将无法被补偿
一个电容的实测精度
)
(
1
2
C
-m
ea
su
re
m
en
t e
rr
or
 [%
]
Frequency [kHz]
800 1000600400200
OPEN/SHORT compensation
OPEN/SHORT/LOAD compensation
)
(
3
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期69
5.4 实测过程
1. Measure LOAD device
as accurately as possible.
2. Input LOAD measurement value
as a reference value.
Direct-connected test fixture
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期70
实测过程（续）
3. Perform OPEN/SHORT/LOAD 
compensation at the test terminal.
4. Measure DUT at the test 
terminal.
Test Terminal
Test Fixture with complicated residuals
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期71
负载选择
一堆需要测量的DUT，且其阻抗不同
LOAD选取100Ω－1kΩ（LCR Meter的最佳测试范围）
单个DUT，阻抗固定
LOAD尽量接近DUT的阻抗
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期72
负载选择（续）
√
×
×
选择稳定的纯阻和纯容做负载
即使是测试电感，选择电感做LOAD也
是不合适的，因为电感对环境变化太
大
负载和被测器件尽量尺寸一致
负载的值应该是精确已知的
如果测量负载阻抗，应将仪器设置为
最大精度测试状态，并直接连接到测
试仪器的自带直连测试夹上
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期73
5.5 一些测试例
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期74
一些测试例（续）
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期75
5.6 校准小结
Theory
Calibration
Cable correction
Compensation
OPEN/SHORT
Compensation
OPEN/SHORT/LOAD
Compensation
Eliminate instrument system errors
Define the "Calibration Plane using a CAL standard
Eliminate the effects of cable error
Extend "Calibration Plane" to the end of the cable
Eliminate the effects of error sources existing 
between "Calibration Plane" and DUT
Eliminate the effects of simple fixture residuals
Eliminate the effects of complex fixture residuals
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期76
补偿方法选择
Instruments
Fixture Connection
Primary Fixture Secondary Fixture
Residual
Compensation
OPEN/SHORT 
only
Cable correction  + 
OPEN/SHORT
OPEN/SHORT/LOAD
OPEN/SHORT
or
OPEN/SHORT/LOAD
Direct Test Fixture
Complicated Fixture
Scanner, etc.
Direct Test Fixture
Other Fixtures
Direct
Test Fixture
Specified HP Cable
Non-specified HP cable
Non-HP cable
Self-made Test Fixture
(4284A, 
4285A
etc.)
Z Analyzer
LCR Meter Cable correction  + 
OPEN/SHORT/LOAD
射频电路测试原理 清华大学电子工程系 李国林 雷有华 2005春季学期77
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