高频小电容的测量 如何对高频电容进行测量和仿真

电容是每一个电路上都会使用的器件，电容会应用在电源系统中，也会应用于信号线上。在低速电路中，我们可以把电容称之为电容，但是在高速电路上或电源系统中，电容已经不仅仅是电容，而是一个由等效电容、等效电阻和等效电感组成的一个电路，简单的结构如图50.1所示。

所以，电容参数的测量就不能再使用简单的万用表来测量啦！而需要使用网络分析仪进行测量，使用网络分析测试时，最常用的方式有并联测试法和串联测试法，示意图如图所示。

并联测试法和串联测试法对比

并联测试方法简化装置如图所示。

并联测试法简化装置

从图52.1和图52.2中可以看到，不论是并联测试方法还是串联测试方法都采用的2端口网分（当然，也可以考虑用4端口测试方法，有兴趣的可以去Google下），这样测试获得的参数就是2端口的S参数，即*.S2P的文件，如图所示是一颗电容的S参数文件。

电容S参数文件

通过S参数，工程师可以了解到其阻抗特性、损耗等，也就是电容的滤波特性，其阻抗特性曲线如图所示。

电容阻抗特性曲线

这种测试电容的步骤其实非常简单，在测试时要按照电容的封装大小设计一块测试夹具板和校准板，然后把电容焊接上去，通过AFR或TRL或SOLT的校准方式进行校准后就可以直接测试电容了（推荐使用AFR校准，这是最简单的校准方式，设计的板子也简单一些）。

电容的S参数模型可以应用于信号完整性和电源完整性仿真中。在使用SIPro/PIPro仿真时，可能有的工程师会有疑惑，为什么在软件中添加*.S2P的S参数时会强制变为*.S1P呢？这是否有问题？

首先答案是肯定不会有问题。对于电容这类器件，在测量的数据就是S2P，而不是S1P，这是因为在测量时使用的2端口的网分测试的。而在仿真时使用的是S1P的文件，这样有一个优势，就是减弱了器件对夹具板的影响，这样就增加了其设计的性能。有兴趣的也可以搭建一个仿真电路去分析电容的S1P和S2P的效果是否一样，原理图如图所示。

电容仿真电路原理

S21使用的是S2P模型文件，连接的snp元件这是正常的仿真S参数的连接方式；S43使用的是S2P文件把Ground不连接；S65使用的是S1P的模型文件，Ground连接到TermG上，获得的结果如图52.6所示。

电容仿真结果图

很显然，三条曲线是重合的，说明S2P和S1P是等效的。

本文是由信号完整性专家 蒋修国撰写，收录在《硬件十万个为什么——无源器件篇》

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