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开尔文测试基本原理

时间:2015-04-15 22:28来源:www.kanwoda.com 作者:Jerry Gao 点击:
开尔文测试方法,是模拟电路测试常用的测试方法之一,又叫开尔文四线检测(Kelvin Four-terminal sensing),也被称之为四端子检测(4T检测, 4T sensing)。四线检测也被称为开尔文(Kelvin)四线检测,由威廉·汤姆森·开尔文勋爵( William Thomson, Lord Kelvin)在1861年发明的开尔文电桥测量低电阻。每两线连接,可以称得上是Kelvin连接。
  在具体谈开尔文测试方法之前,我们先来说一下电阻的测量。
  如果我们使用万用表测量电阻,通常是采用两线测量方法,直接将两根表笔的直接接到电阻的两端,就可以通过万用表读取测量到的电阻值。那是不是说明,我们有办法直接对电阻进行测量呢?
  其实不然,电阻的测量,都是通过施加固定的电流,通过对电阻两端电压的测量,然后通过计算得到对应测量的电阻值。
  那么,是不是使用万用表,就可以精确的测量到所有电阻呢?其实也不然,因为我们必须注意到线材的电阻,以及接触电阻的影响。接触电阻可能会在几十毫欧到几 百毫欧级别,线材的电阻则不定,跟线长及线的粗细有关系,大概也在毫欧及欧姆级别。如果测量的电阻很小,只有几个欧姆,甚至毫欧级别,采用上面的方法是无 法精确测量到实际的电阻的,因为接触电阻、线阻的影响会被体现出来。其实这些影响一直存在,只是我们在测量比较大的电阻的时候,这些影响所占的比重非常 小,就被忽略不计了。比如说测量1k欧姆电阻,而接触电阻及线材电阻的为1欧姆,则影响在0.1%左右。如果测量的电阻是1欧姆,影响则占到了50%!
  我们上面谈到的是电阻的测量,其实要注意的是电压测量的影响,因为我们在测量电阻的时候,是通过施加特定的取样电流,然后测量到电压后经过计算得到电阻值 得。取样电流是固定的,不管接触电阻还是线材电阻存在与否,通过测量电阻的取样电流都是不变的,如果可以正确的测量到电阻两端的电压,我们就可以通过计算 得到正确的电阻值。
  电流和电压的特性我们知道,串联电阻对电流是没有影响的,但是对电压会有分压作用;同样,并联电阻对于电压是没有影响的,但是对电流会有分流作用。
  那么,我们如何来消除接触电阻的影响呢?那就可以采用开尔文测试方法。
  开尔文测试法,它是一种电阻抗或电压测量技术,使用单独的载电流和电压检测,相比传统的两个终端( 2T)传感能够进行更精确的测量。四线检测的关键优点是分离的电流施加单元和电压测量单元,消除了布线和接触电阻的阻抗。
  如下图1所示, 当我们需要测量电阻R的时候,通过单独的电流源施加取样电流,再通过另外的电压测量单元进行测试。其实大家可以看到,其它电阻Rl的影响依然存在,但是我们是如何减轻或者消除影响的呢?
  对于电流源而言,Rl电阻和测量电阻是串联的,是没有影响的,我们依然可以保证通过电阻R的电流为电流源施加的电流。对于电压测量单元,通常输入端都是高 阻抗输入,达到了兆欧姆甚至更高级别,这个时候,流过Rl的电流很小,则Rl两端的电压差很很小,所以,我们测量的电压就近似等于电阻两端的实际电压。
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                                                                               图1
 
  其实要了解开尔文测试原理并不难,但是我们在实际应用中,还是会容易出现问题,我们可以称之为“伪开尔文”。比如,我们在实际测试生产中,要使用测试座, 而测试座需要通过测试爪(针)与测试管脚接触,我们要实现开尔文,测试座也必须采用开尔文的方式,而且要保证不能被短接起来。否则,就是伪开尔文。现在的 器件封装越做越小,要实现开尔文,对于测试座的要求也会越来越高,而且,随着电流的增大,要求会更高。中测的时候,如果我们也要实现开尔文测量,更要注意 影响。通常探针的接触电阻,有几百毫欧到几欧姆,甚至几十欧姆,而探针能容纳的最大电流也只有几百毫安左右。我们必须清楚这些注意事项,采用合适的方案, 以达到最好的测量效果。
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