Применение и принципиальный анализ цифровых мостов LCR при измерении параметров цепей

В области электронного тестирования цифровые мосты играют жизненно важную роль. Традиционно цифровые мосты в основном использовались для измерения таких параметров, как индуктивность, емкость, сопротивление и импеданс, и эта практика считалась общепринятой. Хотя в ранних измерениях импеданса действительно использовались традиционные мостовые методы, появление современных аналоговых и цифровых технологий постепенно привело к постепенному отказу от этого подхода. Тем не менее номенклатура цифровых мостов, таких как мост LCR, сохраняется и по сей день. Примечательно, что когда цифровой мост включает в себя микропроцессорную технологию, его называют цифровой мост LCR. Пользователи обычно называют эти устройства измерителями LCR, мостами LCR или тестерами LCR.

Цифровые мосты широко используются для измерения параметров компонентов импеданса, включая сопротивление переменному току (R), индуктивность (L) вместе с ее добротностью (Q) и емкость (C) вместе с ее коэффициентом рассеяния (D). Следовательно, их часто называют цифровыми измерителями LCR. Диапазон частот их измерений простирается от промышленной частоты примерно до 100 кГц, с основной погрешностью измерения 0.02%, обычно около 0.1%.

Поскольку сигналы электронных схем продолжают развиваться в сторону более высоких скоростей и частот, понимание практической модели компонентов LRC становится важным, выходя за рамки упрощенных идеальных моделей. Точное измерение напряжения и тока, приложенного к тестируемому устройству (ТУ), облегчает точное определение импеданса ИУ. Процесс измерения включает использование фазочувствительных детекторов (PSD) внутри цифровой мост LCR для измерения синфазной и квадратурной составляющих напряжений Vx и Vr, соответствующих опорному фазовому вектору. Впоследствии эти значения оцифровываются с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и подвергаются сложным вычислениям на компьютере для получения резистивной и реактивной составляющих, составляющих полное сопротивление Zx ИУ.

Несмотря на наследование номенклатуры традиционных мостов, цифровые мосты отошли от состава классических мостов переменного тока. Вместо этого они эволюционировали, чтобы работать на более высоком уровне, возвращаясь к принципам и схемам измерителей тока и напряжения, основанных на законе Ома для измерения импеданса.

FD2810B_LCR Цифровой мост

Существуют различные методы измерения разности фаз между сигналами напряжения и тока:

1. Сравнение пересечения нуля + метод измерения времени:

Распространенный метод, включающий запуск уровня от точки пересечения нуля и измерение разницы во времени между двумя точками пересечения нуля.

2. Метод двухканальной синхронной выборки:

Включает выполнение вычислений и анализа после выборки с использованием двух каналов АЦП.

3. Метод аналогового умножителя. Путем умножения двух сигналов можно определить разность фаз, что позволяет рассчитать импеданс.

Цифровые мосты находят широкое применение в метрологических отделах для калибровки и передачи эталонов импеданса, а также для рутинных измерений составляющих импеданса в общих отделах. Многие цифровые мосты оснащены стандартными интерфейсами для автоматической классификации измеряемых компонентов по точности. Их также можно напрямую подключить к автоматизированным испытательным системам для тестирования продуктовой линейки, тем самым облегчая контроль качества в производственном процессе.

К середине 1980-х годов существовали десятки цифровых мостов с общим коэффициентом ошибок ниже 0.1%. Цифровые мосты развиваются в направлении более высокой точности, расширенной функциональности, более высоких скоростей, большей интеграции и улучшенного интеллекта.