硬件電路測量：電感、電阻與電容

電感、電阻以及電容這三種基本元件，是任何硬件電路都離不開的，可以說這些元件不僅關(guān)系到硬件電路整體的穩(wěn)定性，還決定了電子設(shè)備質(zhì)量的優(yōu)劣。因此在一個硬件電路中，對于電阻、電容以及電感這些元件的相關(guān)測量是相當重要的。

像對于差分電容的測量、電感電流的測量、電阻浮空的測量等等，這些測量都是很常見同時也很容易出現(xiàn)疏漏的應(yīng)用。我們從光電二極管這類很常見的器件來看，當光電二極管的結(jié)電容較小的時候，運算放大器的輸入電容就是噪聲和帶寬問題最大的影響因素。這個輸入電容和反饋電阻在放大器的響應(yīng)中會產(chǎn)生一個極點，在高頻率下會增加噪聲增益，并影響穩(wěn)定性。

如何簡化傳統(tǒng)的電容間接測量？

對于上述這種情況，以往采用的辦法是依據(jù)高阻抗反向電路、穩(wěn)定性分析以及噪聲分析來進行CDM差模電容測量。這種傳統(tǒng)的測量方法是一種間接測量，十分依賴于相位裕度的降低，而且因為需要與負輸入共模電容并聯(lián)，測量顯得繁瑣且復(fù)雜。CDM測量的難點之一在于運算放大器本身固有的特性會使其兩個輸入趨于相等從而自舉CDM。當輸入電流被強制分開并進行測量，使用各種不同的技術(shù)得到測量結(jié)果都會有些不盡如人意。

有一種辦法是通過分離輸入，并進行輸出削波。這種辦法不會對輸入進行過度的分離，能夠避免輸入級的非線性影響。但并不是所有運算放大器拓撲都能適用這種辦法，有些情況下這種測量方式會導(dǎo)致內(nèi)部電路失效。

如果能夠有合適的設(shè)備和切合的測試設(shè)置，直接測量CDM也是可行的。在增益為1的緩沖電路中使用電流源激勵輸出和反相輸入。低頻下輸出變動不會很大，這意味著通過CDM的電流很??；中頻下運算放大器的帶寬在可以接受的范圍內(nèi)下降，輸出變動仍然能提供足夠大的電壓激勵，讓通過CDM的電流可以被檢測到。唯一的難點就在于測試設(shè)備的選擇和實際測量中的設(shè)置。

任何能夠使用自動平衡電橋阻抗測量方法的四端口設(shè)備都是測量CDM的合適選擇。內(nèi)部振蕩器以零為中心產(chǎn)生正弦波，具有正負擺幅，能夠用于雙電源供電。如果說運算放大器DUT是由單電源供電的，那則需要調(diào)整偏置功能以防止信號發(fā)生對地削波。

在設(shè)備選擇確定的情況下，剩下的就是合適的測試設(shè)置。首先要先確保的是電路板和連線對CDM的寄生電容貢獻必須極小。PCB板的布局需要更嚴格些，如果是測試高速運算放大器，低速運算放大器則可以適當放寬些。這種方法對于絕大多數(shù)JFET、CMOS輸入性型運算放大器都是相對簡單且并不繁瑣的測量輸入差分電容的方法。當然，輸入級的設(shè)計、器件工藝以及封裝都會對測量有影響，這是不可避免的。

電阻檢測新思路——無線

測量流經(jīng)檢測電阻的電流是硬件電路檢測中很容易實現(xiàn)的事，難點在于如何消除電壓差。最普遍的有兩種思路，一種通過緊湊的模擬電流檢測IC檢測，一種是使用隔離技術(shù)。

前一種方法可承受的電壓差有限（和工藝掛鉤），一旦電壓波動，測量的精準度就無從談起。后一種方法精度高，可承受高電壓差，缺點在于對于空間受限的電路不友好，可能會增加額外的線纜才能實現(xiàn)高精度測量。

無線電流檢測這種新思路即是讓電路隨檢測電阻的共模電壓浮空，在空中無線傳輸測量數(shù)據(jù)。這樣既擺脫了可承受的電壓差限制，也無須顧及空間受限。如果電路的功耗也很低，隔離電源都可以不需要。需要考量的地方在于整個信號鏈、電源管理以及無線組網(wǎng)該如何設(shè)計如何結(jié)合。

測量電感電流時的抉擇

評估電源時我們經(jīng)常通過測量電感電流來了解整個電壓轉(zhuǎn)換電路。接入輔助電纜與電感串聯(lián)，然后將其連接一個電流探頭在電感具有穩(wěn)定電的那一側(cè)完成測量。如果不考慮成本，這是很實用的一種方案。

通過分流電阻來測量電感電流這種辦法在成本上更親民，但是開關(guān)噪聲很容易耦合至測量中影響測量結(jié)果。尤其是在峰值電流處，用分流電阻的辦法會出現(xiàn)極強的耦合噪聲，幾乎無法檢測電感飽和。如何選擇就看需要何種水平的評估了。

小結(jié)

像對于差分電容的測量、電感電流的測量、電阻浮空的測量等等，這些測量都是很常見同時也很容易出現(xiàn)疏漏的應(yīng)用。所以在不同的測量中找準那些容易疏漏的地方，完善整個測量過程，對于完成精準測量有著極大的意義，對整個器件的可靠性也會起到舉足輕重的作用。