如何理解Q和ESR
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2020-11-13
评估高频贴片电容器的一个重要性能指标是品质因素Q，或者是与其相关的等效串联电阻(ESR)。本公司除了提供性能卓越的射频RF元器件外，还致力于为客户提供精确和完整的性能数据。为了达到这个目标，这篇文章里我们详细的讨论Q和ESR的测量方法和理解。
理论上，一个“完美”的电容器应该表现为ESR为零欧姆、纯容抗性的无阻抗元件。不论何种频率，电流通过电容时都会比电压提前正好90度的相位。
实际上，电容是不完美的，会或多或少存在一定值的ESR。一个特定电容的ESR随着频率的变化而变化，并且是有等式关系的。这是由于ESR的来源是导电电极结构的特性和绝缘介质的结构特性。为了模型化分析，把ESR当成单个的串联寄生元。过去，所有的电容参数都是在1MHz的标准频率下测得，但当今是一个更高频的世界，1MHz的条件是远远不够的。一个性能优秀的高频电容给出的典型参数值应该为：200MHz ，ESR=0.04Ω;900MHz， ESR=0.10Ω; 2000MHz，ESR=0.13Ω。
Q值是一个无量纲数，数值上等于电容的电抗除以寄生电阻(ESR)。Q值随频率变化而有很大的变化，这是由于电抗和电阻都随着频率而变。频率或者容量的改变会使电抗有着非常大的变化，因此Q值也会跟着发生很大的变化。从公式一和二上可以体现出来：
公式一：|Z| = 1 / ( 2πf C)
其中，|Z|为电抗的绝对值，单位Ω;f为频率，单位Hz;C为容量，单位F。
公式二：Q = |Z| / ESR
其中，Q代表“品质因素”，无量纲;|Z|为电抗的绝对值，单位Ω;ESR为等效串联电阻，单位Ω。
用从矢量网络分析器收集而得的S参数去推导ESR是不可信的。主要原因是这个数据的精度受限于网络分析器在50Ω系统中的精度(典型的± 0.05 dB测量精度在电容低到±0.01 dB低损耗区是精度不足的)。同样，用LCR仪表去测量高Q器件的Q和ESR也是不可信的。这是由于当元件的Q值非常高时，LCR仪表不能正确地分辨出非常小的电阻(R)和非常大的电抗(Z)。因此，高Q电容器的ESR和Q的测量方法，一般使用作为行业标准的谐振线路测试法。
这种测试方法作为在射频RF上测量Q和ESR的行业标准而长期存在。因为该方法依赖于信号发生器的频率精确度(该频率可以非常精确的测量)，所以该数据的采样方式是十分精确的。现代的电容ESR非常之小，以至于这个测量方法的精度也只能达到接近±10%。但不管如何，这仍然是目前最精确的在射频RF方面有效测量Q和ESR的方法。
测试方式：
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