本文包含以下部分，可點選快速連結（文末附解析影片）
◆ 測量 DC-DC 轉換器的輸出阻抗 / 解析影片元件阻抗特性的測試原理
◆ 傳統的量測方法: 電流-電壓檢測法
◆ E5061B-3L5網路分析儀採用的解決方案
◆ 對短路件進行測量的實驗 /並聯-直通方法的配置範例 / DC-DC 轉換器輸出阻抗的測量範例
◆ 實際解析影片：使用網路分析儀量測Phase margin/Gain margin/DC to DC converter
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為了克服傳統方法的限制，E5061B-3L5網路分析儀提供了005阻抗分析選項，可以更方便的測量低阻抗。其測量原理是：將待測物與Zref並聯，利用數學運算獲得Zdut。在測量之前，根據實際情況選擇Zref的阻抗值，並且在測量過程中還可以實時更改Zref的阻抗值。使用E5061B-3L5的005阻抗分析功能，只需要將待測物的兩端分別接到T埠和R埠，並且將Zref接到同一T埠。這樣一來，就可以在操作上節省很多時間，而且不容易出現共模干擾導致的測量誤差。
E5061B-3L5 的增益相位測試埠 (測量頻率範圍從 5 Hz 至 30 MHz) 具有獨特的硬體體系結構，能夠消除信號源至測量接收機測試電纜接地環路引起的測量誤差。圖 3 給出了使用 E5061B-3L5 增益相位測試埠執行這種應用時的簡化方框圖。測量接收機由阻抗 | Zg | 半浮置，該阻抗在 100 kHz 以下的低頻範圍內大約是 30 Ω。與使用磁環的方法類似，我們可以直觀的看到阻抗 | Zg | 阻止了遮罩電流。或者如圖所示，假設待測物接地端的電壓擺動是 Va，由於 RC2 要比接收機輸入阻抗 50 Ω 小得多，因此可通過以下公式近似得出 VT 的值:
Vt=Vc2 + V0
=Va x Rc2/(Rc2+Zg)+V0
由於 Rc << | Zg |，因此上述公式中的第一項可以被忽略，VT 幾乎等於我們真正需要測量的 Vo。通過最大程度降低 RC2 的影響，我們能夠正確測量出待測物的阻抗。無需使用外部磁環或隔離變壓器， E5061B-3L5 的增益相位測試埠可支援輕鬆測量出 DC-DC 轉換器mΩ等級的輸出阻抗。
另一方面，與其他現有低頻網路分析儀一樣，E5061B-3L5網路分析儀的S 參數測試埠 (測量頻率從 5 Hz 至 3 GHz)，測量接收端都是採用網路分析儀標準的接地結構。如果您想使用 S 參數測試埠測量mΩ等級 DC-DC 轉換器的輸出阻抗 (例如，在從低頻到超過 30 MHz 的一次掃描範圍內測量 PDN 阻抗時)，必須將磁環連接至測試電纜。
圖 3. 使用 E5061B-3L5 增益相位測試埠的解決方案
圖 5. 使用 4395A 測得的 S21 測量結果 (不使用磁環或隔離變壓器)
圖 6. 使用E5061B-3L5網路分析儀 S 參數測試埠測得的 S21 測量結果 (不使用磁環或隔離變壓器)
圖 7. 使用 E5061B-3L5 S 參數測試埠測得的 S21 和 | Z | 測量結果
(a) 不使用磁環
(b) 在測試電纜上使用夾持型磁環。
(c) 在測試電纜上使用大磁環。
(d) 測試電纜在大磁環上纏繞 3 圈。
圖 7 是在使用磁環的情況下使用 E5061B- 3L5 S 參數測試埠對同一個待測物進行測量得到的結果，所有測量跡線都儲存在記憶體跡線中。通道 1 測量的是 S21 的軌跡，通道 2 測量的是 | Z | 的軌跡，(如圖所示，| Z | 的軌跡是用 E5061B 的並聯直通阻抗變換函數計算之後繪製出來的)。
跡線 (a) 是不使用磁環的測量結果。跡線 (b) 是在信號端一側的同軸測試電纜上使用了夾持型磁環 (常用於抑制介面電纜的雜訊) 的測量結果。可以看到，跡線 (b) 的測量結果略有改進，但對於在低頻測量範圍內測量mΩ等級阻抗時，這種進步是不夠完全的，原因是這種類型的小磁環生成的阻抗實在太小。跡線 (c) 是在信號端一側的同軸測試電纜上使用了高磁導率 (Metglas Finemet F7555G，Φ79 mm， Welcome to Metglas - Home of the Metglas Brazing Foil) 大磁環的測量結果。在低頻範圍的測量結果有明顯的改進。跡線 (d) 是把測試電纜在同一側磁環上纏繞 3 圈 (以大幅增加磁環生成的阻抗) 後獲得的測量結果。現在，我們可以在大約 100 Hz 以下的頻率範圍內獲得正確的測量結果。
另一方面，圖 8 給出了使用 E5061B-3L5 增益相位測試埠 (不使用磁環或隔離變壓器) 獲得的測量結果。如圖所示，即使不使用磁環或變壓器，E5061B-3L5 的增益相位測量埠也可以在低頻範圍內獲得正確的測量結果。
圖 8. 使用 E5061B-3L5 增益相位測試埠測得的 S21 和 | Z | 測量結果
不使用磁環或隔離變壓器
信號端功率 = 10 dBm (直通校準時為 -5 dBm)
T 埠: ATT = 0 dB, Zin = 50 Ω,
R 埠: ATT = 20 dB, Zin = 50 Ω
在進行測量時，通常會使用電子負載或大功率電阻器作為待測物的負載，尤其是用來測量輸出電壓低於5 Vdc的DC-DC轉換器。如圖9所示的配置方式，我們可以使用並聯-直通方法來進行測量。在此配置下，分析儀的50Ω端口和功率分離器會與待測物產生直流耦合，並與負載元件並聯。但若負載電流不大，會影響到待測物的負載條件。我們將T埠的衰減值設置為0 dB，信號端功率設定為最大值，以提高測量靈敏度。在待測物的阻抗遠低於信號端的輸出阻抗時，多餘的信號不會對待測物造成影響。但若設置T埠衰減值為0 dB並執行直通響應校準時，為避免超載，信號端功率會降低。
當增益相位測試埠的輸入阻抗設置為50Ω時，若施加超過5Vdc高電壓的直流信號，儀器的超載保護功能將啟動，E5061B的測量埠功能將關閉。若要測量輸出電壓高達10Vdc的轉換器，可以通過外接的隔直流電容器實現。然而，需要逐漸避免待測物輸出電壓對隔直流電容器的影響。若難以實現此方法，則需從其他方面避免暫態輸出。例如，在施加電壓時，暫時將接收機的輸入阻抗設置為1MΩ，並用大功率電阻器（例如100Ω或1kΩ）將電容器的低壓端子（分析儀一端）接地，使瞬態電流流入大地。當此端子的電壓變得足夠低時（取決於RC時間常數，這過程可能需要幾秒鐘），將接收機的輸入阻抗重新設置為50Ω，然後斷開電阻器的連接並執行測量。測量結束後，應將接收端重新設置為1MΩ，同時用電阻器將電容器的低壓端子和高壓端子接地，以便讓直流模組放電。
若採用並聯-直通方法並使用1MΩ輸入而不是50Ω，則可以忽略T埠上的直流模組。其他測量高壓轉換器的方法還包括電流-電壓檢測方法，或使用Picotest J2111A電流注入器的類似方法。雖然這些方法在測量精度上稍遜於並聯-直通方法，但對於高壓轉換器（最高達40Vdc）來說更為適合。
圖 9. 並聯－直通測量方法配置範例
為了精確量測mΩ等級的極小電阻，確保在測量的過程中探針的接觸電阻非常小，測量終端應通過2埠探針接觸待測物。事實上，建議將測量終端焊接到待測物上。如果將兩個測量終端合在一起，並通過單端探測方式來接觸待測物，這時要保證測量埠的引線應盡可能短，因為其殘餘阻抗將直接影響mΩ阻抗的測量精確度。
圖10是使用2埠探測法的範例。圖中，兩個自製治具連接到測試電纜的末端，探棒與待測物的輸出端子接觸。自製探棒可以使用SMA接頭（剪掉其三個接地引腳，然後使用剩下的接地引腳和中央引腳進行探測）或SMA半剛性電纜（把電纜剪短，剝出中間導體，然後在外部導體上焊一個短引腳）來製作治具。
當進行直通回應校準時，需要確保直通件的電長度與兩個探針的電長度大致相等。
圖10. 並聯－直通方法的探測範例
圖 11. DC-DC轉換器輸出阻抗測量
斷電狀態和 0.3 A 負載條件下，
起始頻率 = 10 Hz，終止頻率 = 10 MHz
信號端功率 = 10 dBm (直通校準時為 -5 dBm)
T 埠: ATT = 0 dB，Zin = 50 Ω，
R 埠: ATT = 20 dB，Zin = 50 Ω
圖 12. DC-DC轉換器輸出阻抗測量
1 A 和 2 A 負載條件下，
起始頻率 = 10 Hz，終止頻率 = 10 MHz
信號端功率 = 10 dBm (直通校準時為 -5 dBm)
T 埠: ATT = 0 dB，Zin = 50 Ω，
R 埠: ATT = 20 dB，Zin = 50 Ω
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