一种基于DDS的寄生电感测量仪设计

　　0 引言

　　实际的电容元件存在着分布参数，其中对电容本身特性影响最大的是寄生电感，这些寄生电感与电容本身构成谐振回路，使电容在使用时有了一定的局限性，因此，能够测量出电容本身寄生电感的大小，可以在使用时更合理的选择电容元件。由于寄生电感的电感量很小，多为nH 级别，导致绝大部分LCR 电桥无法测量电容本身的寄生电感。为了准确的测量寄生电感，文中描述了一种利用自谐振原理的测量方法，结合DDS 扫频技术可以快速完成寄生电感的测量，其测量方法简单精确，将能够满足大多数场合的应用。

　　1 测量原理

　　实际电容由于制造的工艺导致本身存在寄生电感和寄生电阻， 其等效电路模型如图1 所示。

图1 实际电容等效电路模型

　　其中C 为实际电容本身的标称电容， L 是其寄生电感， Rp是其并联等效电阻， Rs 是其串联等效电阻。寄生电阻会对经过电容的信号造成衰减， 但不会影响电容本身的频率特性。寄生电感会与电容构成串联谐振回路， 会使实际的电容在某个频率上发生谐振， 这种现象称为电容的自谐振 。实际电容的阻抗和频率特性曲线如图2 所示。

图2 实际电容频率特性曲线

　　图2 中的f 0 是电容与其寄生电感构成的谐振回路的谐振频率， 称之为自谐振频率， 实线部分为实际的电容频率特性曲线， 虚线为理想无寄生电感的电容特性曲线。可见， 在低于自谐振频率时， 电容呈现容性， 阻抗随频率增高而减小; 然而当频率超过自谐振频率时， 电容表现出阻抗随频率增高而上升的趋势， 这恰好是电感的特性。该曲线表明实际的电容仅能工作于自谐振频率以下， 高于自谐振频率时， 电容则表现为感性， 无法再继续作为电容使用了。可见， 准确的测得电容的自谐振频率， 求出其寄生电感， 对于电容的正确使用有着非常重要的意义。然而该电感往往非常小， 通常为nH 级别， 一般的LCR 电桥无法测量这种微小的电感。因此就需要一种不同于电桥法的测量这种微小电感的方法。

　　由电感和电容构成的LC 串联回路的谐振频率为：

　　同时谐振发生时整个LC 回路表现出的阻抗为纯阻性， 即感抗和容抗之和为零。利用这个原理， 使用一个扫频信号激励待测电容， 测量出谐振频率， 再结合式(1) 即可测出寄生电感的大小 。根据该原理， 设计1 个扫频发生器产生扫频信号激励待测电容， 然后找出谐振点， 读出谐振频率即可求出电容的寄生电感。其结构如图3 所示。

　　其中最核心的部分就是扫频发生器和谐振点检测电路。