5个优化您的阻抗测量的小技巧

现在我们来考虑一个更实际的情况，即使用线缆或者第三方的夹具，来连接仪器前端面板和待测器件。除非进行额外的校准（详见第2条小技巧），测量的准度一般会下降。在图2中，蓝色曲线显示了同样的一个1 kOhm电阻和MFITF夹具，在使用额外的1米长的BNC线缆连接时测量的结果。尽管阻抗幅值很接近，但是相位在500 kHz时却偏移了1.8 deg。

2． 使用用户补偿功能提升测量准度

使用夹具和线缆时，将测量平台按照实际实验情况校准十分重要。为了减少其中的寄生阻抗，您可以使用LabOne软件自带的智能补偿功能。一般情况下，推荐您进行短路-负载补偿。其中的短路和负载需要和待测器件有相近的尺寸和接线模式对于负载，最好使用已知阻值的高精度电阻。

在使用短路-负载补偿过程中，最好先进行负载补偿，再进行短路补偿。这样，就可以在不重新接线的情况下测量基线。一个好的用户补偿设置一般来说可以将串联等效电感（ESL）和串联等效电阻（ESR）分别降低到pH和10 μOhm量级。注意：为了可靠并可重复的达到这个量级，您需要一个设计优异的夹具相匹配【2】。在测量完待测器件之后，您可以重新连接该器件并再次测量。两次测量之间的差值即为重置误差。

3． 选择正确的检测端子配置

MFIA本身提供了两种端子配置，即2端子检测和4端子检测（又称4探针法或者开尔文测量）。在开始测量前，最好花些时间思考哪种更适合您的待测器件。

大致上，2端子检测更适于高阻抗器件，例如100 kOhm以上，而以下4端子检测更优。4端子的优势在于，它以尽可能的排除接触电阻的影响。当您的器件阻抗本身就很小时，接触电阻带来的误差会非常明显。

另外，LabOne自带的置信功能也能给您一个大致关于何时应该从4端子切换成2端子的提示。如果待测器件的阻抗过低，测出的数值将会用灰色显示，同时会出现警告信息。当然，您也可将这个提示的阈值设置成别的数值或者关掉。下图的例子显示了，当从4端子切换成2端子后，在测量前文提到的1 kOhm电阻时，产生了额外的阻抗幅值和相位误差。

5．优化平衡测量的速度和精度

LabOne自带的扫描仪包含了“阻抗”应用模式。在此模式下进行扫频，测量的带宽会被自动设置成一个较窄且可调的数值。这就保证了测量可以达到高精度，代价是测量时间会稍长。感兴趣的读者可以在《锁相放大器的工作原理》这篇（英文）文章中，找到更多关于测量原理的细节【3】。

在某些应用中，比如微流控【4】，或者深度瞬态能谱（DLTS）【5】，您可能会需要测量快速变化的阻抗。而它们的变化一般会比默认的带宽设置更快。为了能测到这个变化，您可以手动调高测量带宽（在4阶时，最大为200 kHz），代价是略微牺牲信噪比。如图6所示，这种设置可以帮助我们捕捉到10 μs内瞬态电容的数值变化，而不必担心测量带宽方面的限制。

如何在没有IA选件时测量阻抗？

阻抗是一个相敏的属性，可以通过直接电流-电压法来进行测量【6】。此种方法非常适合于锁相放大器。MFLI锁相放大器本身（不包含MF-MD选件）有1个振荡器和1个解调器。它可以被用来测量电流的幅值和相位，来完成2端子测量。这里，您需要假设仪器输出的电压与待测器件上的实际压降相等。但是实际上因为电流同时也通过了仪器的输入和输出内阻，当待测器件的阻抗过低时，此假设会出问题【7】。

MF-MD选件可以提供最多4个振荡器和解调器。这就意味着4端子检测成为了可能。您只需同时测量电流和电压即可。注意，无论是以上哪种情况，您都要进行后处理，将测量出的电流（和电压）通过欧姆定律转化成为阻抗数值。

如果准度对您的应用十分重要，MF-IA选件会十分有用，因为它可以提供相对于MFLI本身最高20倍的准度。图7显示了在打开和关闭仪器内部校准时，测量出的阻抗幅值变化。后者与使用欧姆定律（即电压除以电流）等同。在使用4端子检测时，我们可以看到不打开仪器校准会有额外5 Ohm的误差。而在使用2端子时，误差可能会更大。另外，如果您使用MF-IA选件，您还能享用前文提及的自动输入量程功能，和内置的实时电流模型（含推导参数）。当您的待测器件有明显的电抗时，这些功能可以给您非常大的帮助。