MFIA インピーダンスアナライザーによる
テラオームインピーダンス測定
MFIA 5MHz インピーダンスアナライザ / 高精度 LCRメーター
前書き
このブログ記事では、MFIA インピーダンスアナライザを使用した 1TΩ の市販の抵抗器のインピーダンス測定について説明しています。これはさらに、非常に高いインピーダンスで困難な部品を正確に測定するための MFIA の性能を示しています。明確なリアクタンスチャートのおかげで、MFIA のユーザーは 0.05% の基本的な正確さから出発して彼らがどんな正確さを期待できるか知っています。確度は周波数やインピーダンスなどのパラメーターに依存するため、MFIA のリアクタンスチャートは可能な限り最良の測定を保証するための重要な基準です。最新のチャートでは、1TΩ までのインピーダンスと 1 MHz までの周波数をカバーしています（図1 の抜粋を参照）。これは、MFIA ユーザーが明確な確度で高インピーダンスと低周波数で測定できることを意味します。
図1：高インピーダンス/低周波数領域を示す最新の MFIA リアクタンスチャートの抜粋。
完全なリアクタンスチャートはここで見られることができます。
テラオーム測定は、誘電体の開発、高 Q コンデンサの特性評価、バイオインピーダンスなどの多くのアプリケーションで役立ちます。このブログ記事で測定された部品のようなテラオーム抵抗は、チャージアンプ、電位計、圧電ドライバなどのデバイスで一般的に使用されています。デバイスに関連する周波数でそれらを正確に特性評価できることが重要です。これは、MFIA がその高いダイナミックレンジのおかげで役立つことができる場所です。 このブログ記事では、1 MHz〜5 MHz の MFIA の全周波数範囲において、１回のシームレス掃引で絶対インピーダンス、位相、および抵抗を流れる電流の測定について説明します。
図2：BNC コネクタにテラオームスルーホールコンポーネント（Ohmite MOX112523100AK）を半田付けして取り付け、その後、MFITF フィクスチャを使わずに直接 MFIA に差し込みます。 この構成は２端子構成です。
テスト対象の部品は、市販の 1TΩ 抵抗器（Ohmite MOX112523100AK）です。 部品を BNC コネクタにはんだ付けしてから、MF-ITF フィクスチャを使用せずに直接 MFIA に接続しました（図2 を参照）。セットアップは２端子構成です（インピーダンスアナライザのタブから選択できます）。これらの設定は、図3 に示すように、インピーダンスアナライザタブでアクセスできます。インピーダンスアナライザタブの詳細設定で全出力電圧範囲（10 V）を選択することによって、テスト信号を 8 V に設定しました。 S/N 比をさらに改善するために、スイーパの詳細設定タブ（[スイーパー] → [設定] → [詳細モード] → [最小サンプル]）でオーバーサンプリングを 800 に増やしました。
図3：2端子構成、8 Vのテスト信号、および1 nAの手動選択入力範囲を示すインピーダンスアナライザタブ
絶対インピーダンスと位相の結果
スイーパタブを使用して、周波数を 1 MHz から 5 MHz に掃引し、絶対インピーダンスを図 に示すように記録しました。図4 (a) は、2 Hz で減少し始めた 1 TΩ での絶対インピーダンス（赤いトレース）を示しています 5 MHz で 1.27 MΩ の最終値まで。図4 (a) のトレースでは、オーバーサンプリングを 800 に設定しました。図4 (a) で破線の青い楕円で強調表示されているように、10 MHz から 100 MHz の間で、より高解像度の２回目の掃引が行われました。この高精細掃引では、現在の入力範囲は手動で 1 nA に設定され、オーバーサンプリングは高度掃引設定で 2000 に設定されました。図4 (b) に表示されている結果のリニアスケールのトレースは、997 GΩ の絶対インピーダンス値を示しています。部品の許容誤差が 10% と指定されていることを考慮すると、これは公称値 1 TΩ と一致しています。さらに、図4 (b) の水平方向の破線のカーソルは 1% の偏差限界を表しており、MFIA の精度は指定値の 10% 以内であることがわかります。
図4：(a) 絶対インピーダンスを対数 - 対数目盛で赤のトレースとして表示している LabOne Sweeper タブ。 abs（Z）は 1 MHz で 1 TΩ から始まり、5 MHz で 1.27 MΩ に低下します。青い破線の楕円は、図4 (b) に示す２回目の掃引の領域を強調しています。 図4 (b) は直線的に拡大縮小されており、10 MHz〜100 MHz の絶対インピーダンスを示しています。 図4 (b) の水平方向の破線は、abs（Z）の中心値からの 1% の偏差を表します
絶対インピーダンスに加えて、電圧と電流との間の対応する位相信号も同時に記録されます。図5 の金色のトレースは位相を示しています。それは、1 MHz から 1 Hz で始まる容量的挙動の開始までの純粋に抵抗的挙動を示します。 位相は 1 kHz で最小- 90 度に達します。これは容量性の振る舞いを示します。
図5：フェーズを金色のトレースとして表示している LabOne スイーパタブのスクリーンショット。初期値の 0 度（抵抗特性）から開始して、位相は 1 Hz で減少し始め、1 kHz で約 -90 度になります（容量特性）。
低電流入力レンジ
MFIA の主な強みは、表1 に示すように、10 mA〜1 nA の範囲の８つの切り替え可能な電流入力範囲の配列です。電流入力は手動で選択することも、オートレンジに設定することもできます。1 nA の低電流範囲では、ピコアンペアの電流を確実かつ繰り返し可能に測定できます。このような高感度は、テラオームインピーダンスを確実に測定できることを意味します。
表1：MFIA の８つの電流入力範囲を示す表。 全表は、MFIA ユーザーマニュアルの表5.10 にあります。
被試験デバイスを通過する電流は、他のすべてのインピーダンスパラメーターと同時に測定され、図6 で確認できます。青いトレースは、電流が 1 MHz で 5.3 pA で始まり、2 Hz で上昇して 5 MHz で 3.7 µA に達することを示します。 ピコアンペアからマイクロアンペアへの電流変化は６桁の変化ですが、MFIA は 0.1 ピコアンペアから 10 ミリアンペアまでの電流を測定できます。 11 桁の範囲です。 装置を流れる電流を測定する可能性は、ユーザーが電流をデバイスの許容範囲内に保つことを可能にします。
![図6：フェーズを金色のトレースとして表示しているLabOneの[スイーパー]タブのスクリーンショット](/our-vendors/zhinst/MFIA/MFIA-app/qip10g0000003miq-img/Teraohm_impedance-img7.png)
図6：フェーズを金色のトレースとして表示している LabOne の [スイーパー] タブのスクリーンショット。0 度の初期値（純粋な抵抗性の振る舞い）から始まり、位相は 1 Hz で約 -90 度まで減少し始めます（容量性の振る舞い）。
結論
MFIA インピーダンスアナライザは、市販の 1 TΩ 抵抗器の特性評価に使用されています。 測定したパラメータは、絶対インピーダンス、位相、および抵抗器を流れる電流でした。絶対インピーダンスは 997 GΩ で、精度は 1% 以上でした。 テラオームインピーダンスの測定は困難であり、MFIA は 1 nA の入力範囲を含む８つの電流入力範囲によりこれを達成しています。MFIA はまた、最先端の内部ロックイン技術を活用して、可能な限り最良の測定を実現します。