V/I源的基本概念
1.1 基本概念
通用直流电压电流源是一种线性电源，也称为四象限可编程电压电流源，主要用于各种自动测试设备（Automated Test Equipment，ATE）或自动测试系统（Automatic Test System, ATS），英文名称为Voltage/Current Source（V/I Source），在本书中简称为V/I源。
电流强度的英文为Current Intensity，电压的英文为Voltage，本书以行业惯例选择使用C或者I表示电流，V表示电压。
由于ATE/ATS研发在我国起步比较晚，国内ATE/ATS电路设计相关书籍非常少，部分行业术语没有规范化中文名称，因此在表述专业词汇时会提供英文名称，如果遇到没有规范翻译的词汇，则保留英文名称不翻译。
V/I源可以工作在可编程电压源模式，此模式时输出电压，箝位电流。在测试时，输出电压也称为激励电压，对应英文为Force Voltage，简写作FV；箝位电流对应英文为Clamping Current，或者Limiting Current，简写作CC（或CI）。为了与仿真软件自带的独立电压源进行区分，本书使用恒压源表述V/I源的FV模式。
V/I源还可以工作在可编程电流源模式，此模式时输出电流，箝位电压。输出电流或者激励电流，对应英文为Force Current，简写作FI；箝位电压对应英文为Clamping Voltage，或者Limiting Voltage，简写作CV。工作在FI模式的V/I源也经常称为电子负载，向外输出电流时称为电流源（Current Source），向内吸入电流时称为电流沉（Current Sink），本书统称为恒流源，这样能与仿真软件的独立电流源区分开。
V/I源在FV模式时，如果发生电流箝位，也可认为V/I源工作在恒流状态，英文为Constant Current，简写作CC。同样，V/I源在FI模式时，如果发生电压箝位，也可认为V/I源工作在恒压状态，英文为Constant Voltage，简写作CV。CC和CV会在后文的相关电路描述时区分是输出模式还是箝位模式。
V/I源可以作为电压表或者电流表使用。当V/I源测量电压时，英文为Measure Voltage，简写作MV；当V/I源测量电流时，英文为Measure Current，简写作MI。
综上所述，V/I源有两种输出模式：FICV和FVCC；有两种测量模式MV和MI。输出和测量合并起来有四种模式：FIMV，FIMI，FVMV和FVMI，这4种模式是V/I源最常用的模式。除此以外，还有FNMV（Force None Measure Voltage）模式，这种模式下V/I源既不输出电压，也不输出电流，内部激励电路与外部端口断开连接，仅作为电压表使用。FNMV模式也称为旁路模式（Standby Mode），会在后文中再详细讲解。
与源相对应的是负载，源要连接到负载上，才会发生作用。在测量时，待测试负载一般称为被测器件（Device Under Test，DUT）。DUT可以是常规电子元件，比如电阻，电容，或集成电路芯片；可以是电源，比如锂电池等；也可以是来自传感器的各种电压、电流信号。V/I源在某些时候也会承担负载功能，正因为这样才需要将V/I源设计实现为四象限可编程电压电流源。
V/I源一般有五个对外连接端口：
- 正电流电压输出端口（High Force，HF；或者High Drive，HD），本书使用HF表示；
- 正电流返回端口或者正电压的参考地端口（Low Force，LF；或者Low Drive，LD），也有称为公共地（Common Ground，COM），本书使用LF表示；
- 正电压检测和反馈端口（High Sense，HS；或者High Potential，HP），本书使用HS表示；
- 正电压检测及反馈的参考地端口（Low Sense，LS；或者Low Potential， LP），本书使用LS表示。
- 驱动保护端口（Guard），该端口不与DUT电路相连。
本书把V/I源的HF和HS一侧作为电压正方向，LF和LS一侧作为电压的负方向或者参考地，从HF端输出电流方向为电流的正方向，如图1.1.1所示。
图1.1.1 V/I源的功能和端口示意图
在图1.1.1中，HF、HS、LF、LS组成开尔文连接（Kelvin Connect），Guard端的电压与HF端的电压相等，作为驱动保护使用。
图1.1.1中电压表（MV）的继电器连接到Kelvin On一侧时，使能开尔文四线连接模式，也称为远程检测（Remote Sense）；当继电器连接到Kelvin Off一侧时，不使用开尔文连接。
在本书中，将四线连接方式称为Kelvin On模式；将两线连接方式称为Kelvin Off模式。与HF和LF相连接的导线，在统称时用Force线表示；与HS和LS相连接的导线，在统称时用Sense线表示。
1.2 开尔文连接原理说明
开尔文连接最早用来测量小电阻，使用欧姆定律测量电阻，即：
（1.2.1）
式中为电阻（Ω）；为电阻两端电压（V）；为流过电阻的电流（A）。在描述电压变量时，为了与电压的单位进行区分，电压变量使用表示。
通过仿真电路来演示一下使用欧姆定律测量电阻。在仿真电路中使用0V电压源作为电流表，使用0A电流源作为电压表。假设被测电阻的真实值为1Ω，两条导线和（代替红黑表笔的连线），每条导线的电阻为10mΩ。如果只使用电压源测量的阻值，仿真电路和仿真结果如图1.2.1所示。
图1.2.1 使用电压源两线测量电阻
在图1.2.1中，节点X的电压波形标签为V(X)，本书在描述时使用表示该节点的电压，这里特意在电路图中做了标注。流过电阻的电流波形标签为I(Rdut)，电流在描述时需要描述方向，所以使用标注的。
如果只使用电流源来测量的阻值，其他参数不变，仿真电路和仿真结果如图1.2.2所示。这两种方法测量结果是一样的，测量到的阻值都是1.02Ω，比真实值多了20mΩ。这是因为两条导线也作为的一部分参与到测量之中，所以测量结果包含导线电阻。导线电阻就是测量误差，当电阻较小时，导线电阻引起的相对误差就会变大，所以必须考虑消除导线电阻的影响。
图1.2.2 使用电流源两线测量电阻
对于集总参数电路（Lumped Circuit）来说，串联电路中电流处处相等，所以使用两线测量时，没有影响电流参数。由欧姆定律可知，既然流过被测电阻的电流测量准确，那么问题只能出在被测电阻两端电压的测量上。实际上，导线电阻分担了一部分输出电压，使被测电阻两端电压变低了。所以两线测量时，无论采用何种测量方式都无法消除导线电阻的影响。
开尔文连接专门引出两条电压检测导线HS和LS，用来测量两端电压。当使用开尔文连接时，两端的电压是两条电压检测导线之间的电压差，而不再是对地线的电压。因为理想电压表输入电阻为无穷大，输入电流为零，这时导线电阻两端电压为零，所以能准确测量被测电阻两端电压。
使用电压源测量电阻的开尔文连接电路如图1.2.3所示，使用电流源测量电阻的开尔文连接电路如图1.2.4所示，这两种方法的仿真结果都非常准确。
图1.2.3 开尔文连接模式使用电压源测量电阻
图1.2.4 开尔文连接模式使用电流源测量电阻
欧姆定律可写成如下形式：
（1.2.2）
对于一条导线，是导线两端电压（V），通常被称为损耗电压，是流过导线的电流（A），是导线本身电阻（Ω）。对于一条确定的导线，其本身电阻无法改变，因此要减小导线两端的损耗电压，就要减小流过导线的电流。在实际电路中，使用运算放大器构成缓冲器电路作为电压检测的输入端，利用运算放大器输入电流近似为零，来减小导线的损耗电压，实现准确电压测量。
实际运用一下开尔文连接。如图1.2.5所示的小电阻测量电路，已知电流源的电流，运算放大器输入端电流很小，近似为零，所以输出电流等于流过被测电阻的电流。
图1.2.5 开尔文连接测量小电阻的示例电路
因为运算放大器输入电流为零，则节点x与节点x0的电压相等，节点y与节点y0的电压相等。运算放大器U1、U2、U3组成了仪器放大器，放大倍数为100倍，即：
（1.2.3）
式中UOUT表示运算放大器输出节点A的电压（V），UDUT表示被测电阻两端的电压（V）。根据欧姆定律，有：
（1.2.4）
式中IIin表示电流源的输出电流（A）。由式1.2.3和式1.2.4，推导出电阻值（Ω）为：
（1.2.5）
在仿真时，根据式1.2.5，就能得到的电阻值，仿真结果如图1.2.6所示。
在这种测量方式下，利用运算放大器的“虚断”，输入端电流为零，线路电阻到的损耗电压为零，这样在测量DUT的电阻时，就不需要考虑连接导线电阻的影响。
图1.2.6 开尔文连接测量小电阻的示例电路仿真结果
从电阻测量方法来说，比较好理解开尔文连接。对于恒压源电路来说，使用开尔文连接才能够保证电压输出精度。比如需要在两端施加100mV电压，非开尔文连接电路如图1.2.7所示。
图1.2.7 非开尔文连接的电压输出
运算放大器连接成缓冲器电路，所以输出电压与输入电压相等，但接线电阻会影响的准确性，即：
（1.2.6）
所以实际输出电压小于，由于导线电压损耗的影响，输入电压并没有准确施加到两端。
利用与电阻测量方法相似的开尔文结构，将两端电压反馈到运算放大器的反相输入端，仿真电路如图1.2.8所示。
图1.2.8 开尔文连接的电压输出
差分放大电路的输出电压，运算放大器工作在负反馈的情况下，利用运算放大器的“虚短”，消除接线电阻的影响，这样就可以将输入电压准确的施加到DUT上。
在图1.2.8的电路中，利用开尔文连接方式和负反馈原理实现准确电压输出。负反馈是实现V/I源电路的基本原理，在后续章节中会详细讲解。
开尔文连接的目的是消除导线电阻的电压损耗对测量电压和输出电压的影响，获取DUT两端的准确电压值。开尔文连接中，HF和LF两条Force线连接到DUT，保障电路通路能够正常工作；HS和LS两条Sense线连接到DUT，用来检测DUT两端的电压，保障输出或者测量电压准确。只要流过Sense线的电流足够小，导线的损耗电压就可以忽略不计。
在进行电路设计时，各元件在设计之初都按理想化元件处理，理想化元件与实际元件之间必然存在误差，所以在模拟电路计算时，基本都采用工程计算，会忽略各种微小误差，设计时需要保证这些能够忽略不计的误差都在设计规格之内，或者将误差减小到可以忽略不计的程度。除此之外，还可以设法补偿误差，或者抵消误差。附录B.4就是采用抵消误差方法的经典案例之一。
在测试时，V/I源的HF和HS需要在DUT的某个引脚处（或测试电路节点）短接在一起，LF和LS也需要在其他引脚处（或测试电路节点）短接在一起，这样才能使V/I源构成完整的测试电路。
在自动测试时，开尔文连接位置是在分选机(Handler或者Prober)的开尔文测试座（Socket）上，采用弹簧片通过压力连接DUT和V/I源的连接线，如图1.2.9所示。图中右下角为无DUT时的测试座图片。当DUT下压时，DUT引脚会连接到两个弹簧片上，这两个弹簧片分别连接Force线和Sense线。
图1.2.9 分选机的测试座
在手动测试时，使用手动的开尔文连接测试座，如图1.2.10所示。自动测试是由分选机的吸嘴下压形成压力，因此Force和Sense的弹簧片是并在一起的。手动测试座，则需要手动施加压力，因此通常带有“盖子”。不同封装的集成电路芯片，有不同的测试座。
图1.2.10 手动开尔文连接的测试座
无论采用哪一种方式进行测试，使用开尔文连接时都可能会存在某一个DUT引脚连接不良的情况，比如弹簧片的压力不足导致接触电阻变大；弹簧片上有杂质导致引脚没有连接到弹簧片；DUT引脚翘曲与弹簧片接触不良。这些接触不良会导致DUT引脚与弹簧片之间的接触电阻变大，或者开路。
HS和LS会连接到V/I源内部的反馈控制电路，如果HS或者LS开路可能会导致内部电路失去控制，所以必须保证V/I源工作时HS和HF之间不会开路，LS和LF之间不会开路。所以HS和HF、LS和LF内部会使用电阻或者等效电阻连接在一起，如图1.2.11所示，是HF和HS之间连接的等效电阻，是LF和LS之间连接的等效电阻。
图1.2.11 开尔文连接的内部等效电阻示意图
因为V/I源的开尔文连接内部增加了等效电阻，就可能会对测量结果产生影响。如图1.2.12所示，使能开尔文连接。Rconnect1~Rconnect4是DUT引脚与V/I源连接的接触电阻，在DUT引脚连接正常时为10mΩ。
假设在大电流测量时，HF端口一侧的DUT引脚接触不良，和的电阻变大，都从10mΩ变为10Ω。当电流很大时，两端的电压差就会变大，就会有电流流过，再从流入DUT，这时V/I源内部的MV电路通过HS和LS检测到的电压就包含了两端的电压。
图1.2.12 Force和Sense间电阻对开尔文连接测量的影响
假设FI=1A（设置为FI模式，输出1A电流），由并联电阻的分流比例有：
（1.2.7）
（1.2.8）
式中I1表示流过Rconnect1的电流（A），表示I2流过Rconnect2的电流（A）。
由式1.2.7和式1.2.8，计算出两端的电压：
（1.2.9）
这个电压差会叠加HS一侧的测量电压上，产生测量误差。当电流越大时，这个电压误差就会越大。所以在大电流测试时，如果使用开尔文连接，必须在测量之前对开尔文连接进行检查，即开尔文检测（Kelvin Check），确认开尔文连接是否正常， DUT引脚的接触电阻产生的电压误差是否在可接受范围内。
开尔文检测的原理如图1.2.13所示。图中虚线标注了开尔文检测的电压测量（MV）路径。HF和HS会在靠近DUT的连接位置短接，一般通过插座，或者弹簧针脚短接。这时通过FI模式配合Kelvin Off模式，检查从HF到HS，经过Kevin Check继电器到LS，最后到LF这条路径上的电压，判断插座或者弹簧针脚的接触电阻是否满足测试需求。
图1.2.13 开尔文连接检测的原理图
如果某一个端口的接触电阻变大，则MV的电压就会变大。这样通过设置MV测量电压的阈值，即可判断接触电阻的大小是否符合测试需求。如果某个端口开路，例如开路，电流会从HF经到HS，因为远远大于，所以很容易判断出开尔文连接存在开路。
在设计开尔文连接时，和对Sense线的电压测量影响越小越好，因此针对不同的需求，开尔文连接电路的设计方法也有很多种。
最简单的设计方法，直接使用实际电阻，加大和的阻值。但是因为实际运算放大器的输入偏置电流不为零，所以电阻阻值不能取的很大，一般取100kΩ，电路如图1.2.14所示。图1.2.12为了演示开尔文检测的必要性时，该电阻取10kΩ，如果取100kΩ，则测量误差电压会缩小10倍左右。所以这种方式配合开尔文检测，在限制DUT引脚的接触电阻影响的情况下，能够保障测量精度。
图1.2.13是开尔文检测的示意图，图1.2.14是开尔文检测的实际电路图。在实际电路中，电压反馈环路不能断开，即不能使用图1.2.13中所示的单刀双掷开关切换电压检测位置，所以会采用图1.2.14所示的电路，增加和两个电阻，来等效实现图1.2.13的检测原理。
图1.2.14中的Port Relay一般称为端口继电器，用于控制V/I源与外部电路的连接。V/I源的端口除了常规的对外部连接的端口继电器，还可能会有一些额外的设计，比如用于外部带电切换的软连接电路，或者与其他V/I源组合使用的继电器矩阵电路。
图1.2.14 开尔文连接电路的设计方法I
有些设计使用二极管连接Force线和Sense线，或者使用二极管加稳压管的组合电路，如图1.2.15所示。注意此时HF端口的高压信号可以通过和流向缓冲器，所以通常会在缓冲器的反馈回路中连接电阻（图中的），实现限流保护的作用。
图1.2.15开尔文连接电路的设计方法II
有一些V/I源使用特殊定制的连接线缆，保证V/I源连接到DUT时HF会和HS短接，LF会和LS短接，这时不需要考虑开尔文连接检测问题，比如鳄鱼夹测试线。
接下来以图1.2.14的开尔文连接设计方法为例，详细说明实际测试时的开尔文连接检测原理。需要执行开尔文连接检测时，先设置Kelvin Off模式，再设置V/I源为FI模式。正常情况下如图1.2.16所示，测量到的只有接线电阻与继电器导通电阻两端的电压。
图1.2.16 Kelvin Check正常的FI和MV信号路径
如图1.2.17所示，假设HF端口一侧开尔文连接断开，那么MV测量电压会包含两端电压。因为串联电流处处相等，电阻远远大于线路中继电器和导线的电阻，测量到的电压就会明显变大。将和设置为不同的电阻值，则能检测出是哪一侧的开尔文连接接触不良或者开路。
图1.2.17 HF一侧开尔文连接断开时的FI和MV信号路径
1.3 驱动保护线路
V/I源与DUT连接，需要使用导线线缆。如果导线没有屏蔽，测量时容易受到外界的电磁干扰，所以精密测量输入和输出必须使用屏蔽线或者同轴线。
在使用屏蔽线时，一般会将线缆的屏蔽层接地，当导线的屏蔽层与线芯存在电压差时，就会存在漏电流，即存在有限的绝缘电阻。当输入信号源为高阻的电压源时，线缆的绝缘电阻就会影响测量结果。如图1.3.1所示，线缆的绝缘电阻（漏电电阻）为，输入信号的电压为，输入信号的内阻为根据戴维南定理，一个输出电压的端口可以用一个电压源串联一个电阻等效，这里就使用和等效被测电路的电压输出端口。
图1.3.1 线缆漏电流对电压测量的影响
被测电压为电压源两端电压，V/I源测量电压为。考虑线缆的线芯与屏蔽之间的绝缘电阻时，电压表MV测量电压如下：
（1.3.1）
由于测量结果受到影响，导致，无法准确测量到电压源的电压。测量时希望为无穷大，因为当趋于无穷大时，
（1.3.2）
为了更准确地测量电压源两端电压，需要消除线缆屏蔽层与线芯之间漏电流的影响，使线芯与屏蔽之间的绝缘电阻趋于无穷大。这时使用Guard信号，能减少线缆漏电的影响。如图1.3.2所示。
图1.3.2 线缆的屏蔽层连接Guard信号
当使用Guard信号时，线缆屏蔽层连接Guard信号，线缆屏蔽层在输出端悬空，悬空位置尽可能靠近DUT。Guard信号和HS信号的电压近似相等，但是Guard信号有很强的电流驱动能力。HS的线缆屏蔽层与LS线缆之间存在电压差时，也会有漏电流，即存在绝缘电阻，这时Guard信号提供电流，Guard信号与LS信号之间的漏电对测量两端电压的影响就可以忽略了。
接下来忽略和的影响，只考虑的影响，如图1.3.3所示。
图1.3.3 Guard信号对线缆漏电流的削弱作用
假设Guard缓冲器的运算放大器直流放大倍数为（一般运算放大器直流放大倍数大于80dB），同相输入端电压为，反相端的电压为，即Guard信号与HS信号之间的压差为，所以两端电压为，此时有：
（1.3.3）
若流过的电流为，则：
（1.3.4）
（1.3.5）
对于来说，如果输入信号源电压远远大于，那么就能忽略与之间的差异（这实际是运算放大器的输入偏置电压，一般为几十微伏到几毫伏），认为，则流过的电流近似为：
（1.3.6）
如果没有Guard信号时，如图1.3.1所示，计算流过的电流为：
（1.3.7）
式中表示电压表MV两端的电压。对比式1.3.6和1.3.7，可以得出，在使用Guard的情况下，等效增大到。
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在电路的工程计算中，很多时候会将差异大小可以忽略的两个量近似认为相等，不可以忽略时又必须分别使用这两个量，这主要取决于计算量之间差异的大小。工程计算与常规的数学计算有很大不同，电路设计中要逐渐习惯使用工程计算。 |
当有Guard信号存在时，代入等效电阻，可推导出：
（1.3.8）
所以屏蔽层连接Guard信号时，减小了屏蔽导线漏电的影响，等效加大了导线的绝缘电阻，变相减小被测信号源内阻，使测量更加准确。
如果没有Guard信号，导线的屏蔽层连接LF信号时，因为导线的线芯对屏蔽层也存在等效电容，测量时会对测量稳定时间造成影响，如图1.3.4所示，如果考虑等效电容的影响，上电之后，电压表MV的电压随时间变化的公式如下：
（1.3.9）
图1.3.4 线缆的等效电容对测量时间的影响
当信号源内阻非常大时，即使导线等效电容很小，也会形成一个非常大的时间常数。建立一个简单的RC电路，设置1s的时间常数，，，输入阶跃信号时仿真结果如图1.3.5所示。
图1.3.5 时间常数与信号上升时间的关系
从图1.3.5的仿真结果上可以看到，需要时间常数5倍以上的时间，才能使输出电压接近输入电压，当信号源内阻很大，或者提供电流非常小的时候，线芯与屏蔽层之间的电容对测量时间的影响就会变得非常大。
图1.3.6 Guard信号对测量时间的影响
如图1.3.6所示，增加Guard信号，此时HS导线线芯与屏蔽层之间电压近乎相等（运算放大器输入端“虚短”），因此线缆等效电容几乎没有影响。而HS导线屏蔽层与参考地之间的等效电容由Guard信号快速充电，使Guard信号能快速跟随HS信号变化，改善信号上升沿和下降沿的变化速度，缩短测量需要的稳定时间。
前面是Guard信号在V/I源测量时的作用，而V/I源在更多情况下作为源使用。作为小电流源使用时，即负载电阻非常大的情况下，如图1.3.7所示，是导线线芯到屏蔽层的等效电容，同样会影响两端电压的上升速度。
图1.3.7 不连接Guard信号时影响测量时间
如图1.3.8所示，因为HF与Guard信号电压近似相等，等效电容的影响被削弱掉，而Guard信号对外输出电流较大，能够快速对导线屏蔽层与参考地之间的等效电容充电，使Guard信号能够快速跟随HF电压变化。在一些高压漏电测试，或者小电流耐压测试中，必须使用Guard信号来削弱导线线芯与屏蔽层之间电容的影响。
图1.3.8 Guard信号对输出稳定时间的影响
在实际V/I源应用中，LF和LS使用同一条线缆传输，一般使用单层屏蔽线，线芯传输LS信号，屏蔽层传输LF信号。
HF、HS和Guard信号使用同一条线缆传输，一般使用多芯屏蔽线的线芯传输HF和HS信号，屏蔽层传输Guard信号，完整的V/I源端口连接方式如图1.3.9所示（FI模式）。
图1.3.9 完整的V/I源端口连接方式
如果是多层屏蔽线，则线芯传输HS信号，内层屏蔽传输HF信号，最外层屏蔽传输Guard信号，如图1.3.10所示。
图1.3.10 多层屏蔽线的信号连接分配
Guard信号因为字形和Ground比较接近，很多新手容易将Guard信号连接到地信号上，这明显是错误的。Guard信号一直包围HS和HF信号，但并不连接到DUT相连的线路中，末端是开路的。
由于Guard信号通常不需要连接到DUT，且容易被误用，很多V/I源在设计时有意隐藏Guard信号，所以通常看到的V/I源只有四个端口。
Guard信号的本质是与被保护的电路形成等电位屏蔽，这种等电位屏蔽，既实现了与屏蔽层接地相同的电磁干扰屏蔽效果，又形成了等电位的隔离保护。
如果没有Guard信号，被保护电路与外部的电压差就会产生直流漏电流，有Guard信号之后，被保护电路与Guard信号等电位，两者之间就没有漏电流，由Guard信号代替被保护电路向外部电路提供漏电流。
如果没有Guard信号，被保护电路与外部电路之间存在等效电容时，就会影响交流信号的响应速度；有Guard信号之后，Guard信号包围被保护电路，与被保护电路电位相等，两者之间的等效电容几乎被完全削弱；而且Guard信号能提供足够大的电流，与外部电路之间的等效电容对Guard信号电压的变化速度影响很小。这样Guard信号就能够保证被保护电路的交流响应速度。
除了线缆屏蔽层会使用Guard信号，运算放大器的输入端作为高阻信号的输入节点时，在印制电路板（Print Circuit Board，PCB）布线时为了减小对地漏电流或者对地电容的干扰，也会使用Guard信号包围着高阻节点，一般称为等电位保护保护环（Guard Ring），或等电位保护屏蔽（Guard Shield），其原理图如图1.3.11所示。
图1.3.11 高阻输入运算放大器的Guard Ring布线示意图
在PCB布线时，Guard信号通常会布置成一条围绕着高阻节点等电位的细细的铜箔走线（细线进一步保证Guard信号与被保护电路之间的电容足够小），如图1.3.12所示。
图1.3.12 Guard信号的PCB走线
在开尔文连接时，需要削弱导线上的电压，由欧姆定律，通过使流过导线的电流接近零，来减小导线两端电压，变相减小了导线电阻的影响。
等效电容影响产生的漏电流为：
（1.3.10）
式中是流过电容的电流(A)，是电容的容量（F），是电容两端的电压变化量（V），是电压变化对应的时间（s）。Guard信号与HF信号等电位，变相将减小到接近零，这样漏电流就接近零，从而变相减小了HF信号与Guard信号之间等效电容的影响。
在电路设计中，电子元件或者PCB的一些寄生参数会对电路功能产生不良影响，而这些寄生参数通常无法减小，那么需要在设计中使用其他手段，改变能够控制的电路参数去削弱或者抵消这些寄生参数产生的影响，开尔文连接电路和驱动保护电路都是这方面非常经典的实例。
在测量电路中，减小PCB漏电流影响，减小PCB布线等效电容影响，除了使用Guard Ring以外，还可以采用搭棚式焊接技术，抬高元件引脚，通过飞线连接高阻节点。在精密测量中，通常会将两种方法结合起来使用。在高电压小电流测试中，搭棚式焊接技术应用得更广泛一些；在使用贴片封装的运算放大器电路中，Guard Ring方法应用得更广泛一些。
在测试时，DUT有时不会直接连接到V/I源，而是先连接测试电路，所以开尔文连接和驱动保护电路需要延伸到DUT的测试电路中，熟练掌握开尔文连接和驱动保护的基本原理，才能更好地设计测试电路。
比如在测试三端线性稳压电源芯片（Low Dropout Regulator，LDO）时，需要在输入端和输出端连接对地电容。如果LDO的输入端和输出端各连接一个V/I源，要如何连接呢？
如图1.3.13所示，电容和连接在Force线之间，因为Force线传输电流。
图1.3.13 LDO的开尔文连接接线方法
