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  • 运算放大器电路中固有噪声的分析和测量(五)

    运算放大器电路中固有噪声的分析和测量(五)

    编辑笔记:本系列文章的作者为德州仪器 (TI) 高级应用工程师 Art Kay,本文系该系列文章的第5部分。在第5 部分我们介绍了不同类型的噪声测量设备。我们将在第6 部分讨论与噪声测量相关的参数和操作模式。在这里我们将列举一些实际应用的例子,来说明如何使用该设备对第 3 部分及第 4 部分所描述的电路进行测量。 在第4部分中,我们采用了 TINA SPICE 来分析运算放大器 (op amp) 中的噪声。同时,TINA SPICE 分析所采用的示范电路也可用于第三部分的工艺分析 (hand analysis) 范例中,而且使用工艺分析和 TINA SPICE 所得出的结果非常接近。在第五部分中,我们将着重介绍用于噪声测量的几款不同型号的设备,并探讨设备的技术规范以及与噪声测量有关的运行模式。虽然探讨的是具体的设备型号,但是相关的原理适用于大多数的设备。在第六部分中,我们将向您展示实际的应用范例——如何运用相关设备来测量第三部分和第四部分中所阐述的电路。 噪声测量设备:真正的 RMS DVM 噪声测量试验设备有三种:分别为真有效值 (RMS) 表、示波器以及光谱分析仪。真有效值表可以测量各种不同波形的 AC 信号 RMS 电压。通常情况下,很多仪表通过检测峰值电压,然后将峰值电压乘以 0.707,计算出 RMS 值。然而,采用这种有效值计算方法的仪表并不是真正的 RMS 表,因为这种仪表在测量时,通常假定波形为正弦波。另一方面,一款真正的 RMS 表可以测量诸如噪声等非正弦波形。 许多高精度的数字万用表 (DMM|0">DMM) 都具有真正的 RMS 功能。通常而言,数字万用表通过将输入电压数字化、采集数以千计的样本并对 RMS 值进行数学计算,来实现上述功能。一款 DMM 在完成该测量时通常要具备两种设置:“AC 设置”以及“AC+DC 设置”。在“AC”设置模式下,DMM 输入电压为连接到数字转换器的 AC 电压。因此,此时 DC 组件处于隔离状态——这是进行宽带噪声测量理想的运行模式,因为,从数学层面上来说,测量结果等同于噪声的标准偏差。在“AC+DC”设置模式下,输入信号直接被数字化,同时完成了对 RMS 值的计算。这种运行模式不能用于宽带噪声测量。如欲了解典型的高精度真正 RMS 表的结构图,敬请参阅图 5.1。 图 5.1:典型的高精度真正 RMS DVM 的示例 当使用真正的 RMS DVM 测量噪声时,您必须考虑其技术规范和不同的运行模式。部分 DMM 具有专门针对宽带噪声测量优化的特殊运行模式。在这种模式下,DMM 就成为一款真正的 RMS,运行模式为 AC 耦合模式,其能够测量从 20 Hz 至 10 MHz 的带宽噪声。对于一款高精度 DMM 来说,20uV 是固有噪声的典型值。如欲了解这些技术规范的一览表,敬请参阅图 5.2。请注意,只要将 DMM 输入端进行短路,就能测出固有噪声。 图 5.2:典型的高精度仪表规范一览表 噪声测量的设备:示波器 采用真正的 RMS 仪表测量噪声的一个不足之处在于:这种仪表不能识别噪声的性质。例如,真正的 RMS 仪表不能识别特定频率时噪声拾波 (noise pickup) 和宽带噪声之间的区别。然而,示波器能使您观察到时域噪声波形。值得注意的是,大多数不同类型噪声的波形差异性很大,因此,利用示波器能够确定何种噪声影响最大。 数字和模拟示波器均可用于噪声测量。由于噪声在性质方面的随意性,因此噪声信号不能触发模拟示波器,只有重复性波形才能触发模拟示波器。然而,当存在噪声源输入时,模拟示波器上则显示出独特的影像。图 5.3 显示了采用模拟示波器进行宽带测量得出的结果。值得注意的是,由于显示的荧光特性以及噪声对模拟示波器的非触发性,模拟示波器常常生成一般和“拖尾”波形。大多数标准模拟示波器的缺点就是,它们不能检测到低频噪声(1/f 噪声)。 图 5.3:模拟示波器上的白噪声 数字示波器具有诸多有助于测量噪声的实用的特性,其能检测到低频噪声波形(如 1/f 噪声)。同时,数字示波器还可以对 RMS 进行数学计算。图 5.4 所示的噪声源与图 5.3 中的噪声源相同的,这种噪声源采用数字示波器才能检测出。图5.4:数字示波器上的白噪声当使用示波器测量噪声时,应遵循一些通用指南。首先,在测量噪声信号前,有一项重要的工作就是检查示波器的固有噪声。这项检查工作可以通过连接示波器输入端的 BNC 短路电容器 (shorting cap),或将示波器引线与接地短路连接(如果采用了 1x 探针)。这种考虑之所以这么重要,是因为采用 1x 探针时的测量范围会小 10 倍。大多数质量上乘的示波器都拥有 1mV/division 量程,并配有 1x 示波器探针或 BNC 直接连接;同时,还具有带 10x 探针的 10mV/division 固有噪声。 需要注意的是,与 1x 示波器探针相比,我们应优先考虑 BNC 直接连接,因为接地的连接方式能够减小 RFI / EMI 干扰(请参阅图 5.5)。其中一种避免这种情况的方法就是,拆除示波器探针的接地引线和上端引线 (top cover),同时在探针的侧面进行接地(请参阅图 5.6)。图 5.7 显示了一个 BNC 短路电容。 图 5.5:接地能够减小 RFI / EMI 干扰 图 5.6:拆除接地的示波器探针 图 5.7:BNC 短路电容 大多数示波器都具有带宽限制功能。为了准确测量噪声,示波器的带宽必须比所测量电路中的噪声带宽高。但是,为了获得最佳的测量结果,示波器的带宽应调整为大于噪声带宽的某一数值。例如,假设示波器全带宽为 400 MHz,当开启限制功能时,带宽则为 20 MHz。如果使用 100 kHz 的噪声带宽测量电路中的噪声,此时开启带宽限制功能,才有实际意义。就这个示例而言,由于超过带宽的 RFI/EMI 干扰将被消除,因此固有噪声较低。图 5.8和图 5.9 显示了具有和不具有带宽限制功能的典型数字示波器的固有噪声。图 5.10 显示了采用 10x 探针示波器的固有噪声相当高。 图 5.8:具有 1x 探针和带宽限制功能的示波器固有噪声 图 5.9:具有 1x 探针,但不具备带宽限制功能的示波器固有噪声 图 5.10:具有 10x 控针,但不具备带宽限制功能的示波器固有噪声 另外,当开展噪声测量工作时,必须考虑示波器的耦合模式。通常情况下,在一个数值较高的 DC 电压下工作才会产生噪声信号,因此宽带测量时,应采用 AC 耦合模式。例如,1mVpp 噪声信号在 2V 的 DC 信号时,才能被触发。因此,在 AC 耦合模式下,AC 信号被剔除,从而获得了最高的增益。但是,需要特别说明的是,AC 耦合模式不能用于测量 1/f 噪声。这是因为在 AC 耦合模式下,带宽的截止频率通常较低,约为 10 Hz。当然,该截止频率也会因耦合模式的不同而有所差别,但是,关键问题是这一较低的截止频率对大部分的 1/f 噪声测量而言过高。一般而言,1/f的大小从 0.1 至 10 Hz 不等。因此,进行 1/f 的测量工作时,通常采用具有外部带通滤波器的 AC 耦合模式。图 5.11 对使用示波器进行噪声测量的通用指南作了总结。 使用示波器进行噪声测量的通用指南图 5.11:使用示波器进行噪声测量的通用指南 噪声测量设备:频谱分析仪 频谱分析仪是进行噪声测量的功能强大的工具。一般说来,频谱分析仪能够显示功率(或电压)与频率之间的关系,其与噪声谱密度曲线相类似。实际上,一些频谱分析仪具有特殊的运行模式,这种运行模式使测量结果以频谱密度单位(即 nV/rt-Hz)的形式,直接显示出来。在其他情况下,测量结果必须乘以一个校正系数,从而将相关计量单位转化成频谱密度单位。 频谱分析仪和示波器一样,既有数字型的,也有模拟型的。模拟频谱分析仪生成频谱曲线的一种方法是:扫描各种频率下的带通滤波器,同时标绘出滤波器的测量输出值。另一种方法是运用超外差接收技术,该技术在各种频率下完成对本地振荡器的扫描。然而,数字频谱分析仪则采用快速傅里叶变换来产生频谱(常常与超外差接收技术配合使用)。 虽然所使用的频谱分析仪型号各异,但是一些主要参数仍需予以考虑。起始和终止频率表明了带通滤波器被扫描的频率范围。分辨率带宽是带通滤波器在频率范围内被扫描的宽度。降低分辨率带宽,则能提升频谱分析仪处理在离散频率时信号的能力,同时,将延长扫描时间。图 5.13 说明了扫描滤波器的运行情况,图 5.14 和图 5.15 显示了同一频谱分析仪采用不同分辨率带宽时,所得出的两种测量结果。在图 5.14 中,由于分辨率带宽被设置得非常小,从而使离散频率分量(即 150 Hz)得到了妥善处理。另一方面,在图 5.15 中,由于分辨率带宽被设置得非常大,使离散频率分量(即 1200 Hz)未能得到妥善处理。 图 5.12:频谱分析仪运行情况图5.13:针对高分辨率信号选择的分辨率带宽 图 5.14:针对低分辨率信号选择的分辨率带宽 在图 5.13 和图 5.14 中,频谱的大小以分贝毫瓦 (dBm) 为单位表示,这是频谱分析仪常用的测量单位。一分贝毫瓦是指相对于一毫瓦,用分贝来计量的功率比值。就本例中的频谱分析仪而言,分贝毫瓦的测量也要事先假设输入阻抗为 50 欧姆。对大多数的频谱分析仪而言,当输入阻抗选择为 1M 欧姆时,情况也是如此。图 5.15列出了将分贝毫瓦转化为电压有效值所采用公式的推导过程。在图 5.16 中,该公式用于计算在图 5.13 – 5.14 中列出的测量结果 —— –10 dBm信号的电压有效值。 从图 5.13 – 5.14 中,我们可以看出,当分辨率带宽降低时,固有噪声则从 –87 dBm 增加到 –80 dBm。另一方面,当分辨率带宽发生改变时,频率处于 67 kHz 和 72 kHz 时的信号幅度并未发生改变。固有噪声之所以受分辨率带宽的影响,是因为其为热噪声,因此,带宽的提高也增加了热噪声总量。另外,由于信号波形为正弦波曲线,而且不管带宽如何变化,带通滤波器内部的振幅都会保持恒定,因此,频率处于 67 kHz 和 72 kHz 时的信号幅度并不会受分辨率带宽的影响。因为我们必须清楚在频谱密度计算中不应该包含离散信号,所以,有关噪声分析方面的特性应引起我们足够的重视。比如,当测量运算放大器的噪声频谱密度时,您会发现频率在 60 Hz(功率上升线)时出现的一个离散信号。因为这个 60 Hz 的信号并非频谱密度,而是一个离散信号,所以它并未包含在功率噪声频谱密度曲线中。 图 5.15:将分贝毫瓦转化为电压有效值 图 5.16:将分贝毫瓦转化为电压有效值 一些频谱分析仪同噪声频谱密度一样,可以 nV/rt-Hz 为单位显示频谱幅度。但是,如果不具备这种功能,我们可以用频谱幅度除以分辨率噪声带宽的平方根来计算频谱密度。需要说明的是,通常我们需要一个换算系数,将分辨率带宽转化成分辨率噪声带宽。图 5.17 给出了将分贝毫瓦频谱转化成频谱密度的方程式。图 5.17 还给出了将分辨率带宽转化成噪声带宽所需的换算系数表。图 5.18 显示了将示例频谱分析仪中的频谱转化为频谱密度的实例。图 5.17:将 dBm 转化为频谱密度的方程式此表摘自安捷伦频谱分析仪测量和噪声应用手册 1303 页 [1] 图 5.18:将 dBm 转化为频谱密度的方程式 图 5.19:频谱分析仪测量结果向频谱密度转化的实例 另外,大多数频谱分析仪都具有计算平均值的功能。这一功能消除了测量波动的影响,因此,测量结果的重复性更高。平均值的数量由频谱分析仪的前置面板输入(通常从 1 至 100)。图 5.20 – 5.22 显示了采用不同的平均值水平,测量得出的同一信号。 图 5.20 关闭平均值功能时的频谱分析仪图 5.21 平均值 = 2 时的频谱分析仪图 5.22 平均值 = 49 时的频谱分析仪当使用(或选择)频谱分析仪时,我们需要考虑的主要技术规范就是固有噪声和带宽。图 5.23 中的表格列出了两款不同频谱分析仪的部分技术规范。 总体评价 这是一款先进的数字频谱分析仪,其采用 FFT 来产生频谱。其可以测量极低的频率,适用于 1/f 等方面的测量工作。 这是一款款式较老的模拟频谱分析仪,其采用超外差接收技术产生频谱。截止频率较低,为10Hz,因此其不适用于典型的运算放大器 1/f 等方面的测量工作。 图 5.23:两款不同频谱分析仪的技术规范比较 总结与回顾 本文介绍了用于噪声测量的几款不同型号的设备,重点阐述了设备的技术规范以及与噪声有关的主要运行模式。需要特别说明的是,虽然探讨的是具体型号的设备,但是其中的工作原理适用于大部分的设备。本文旨在帮助您在选择噪声测量设备时,应考虑的主要规格参数。在第六部分,我们将列举使用该设备的实际应用范例。 感谢 特别感谢 TI 的技术人员,感谢他们在技术方面所提供的真知灼见。这些技术人员包括:高级模拟 IC 设计经理 Rod Burt线性产品经理 Bruce Trump``应用工程经理 Tim Green高速产品市场开发经理 Michael Steffes 参考书目[1] 安捷伦频谱分析仪测量与噪声应用手册 1303 页,2003 年 12 月版(网址:www.agilent.com) [2] 概率与统计参考,第三版,作者:Robert V. Hogg 和 Elliot A Tanis。由麦克米兰出版公司 (Macmillan Publishing Co) 出版。 [3] 低噪声电子系统设计,作者:C. D. Motchenbacher 和 J. A. Connelly,由 Wiley InterScience 公司出版。 作者简介 Arthur Kay 先生现任 TI 高级应用工程师,专门负责传感器信号调节器件的技术支持工作。他于 1993 年毕业于乔治亚理工学院 (Georgia Institute of Technology),获电子工程硕士学位。

    时间:2018-11-05 关键词: 德州仪器 电源技术解析 dmm

  • DMM自动断电开关设计

    DMM自动断电开关设计

    用图中的电路可以为DMM(数字万用表)装上自动关机功能。当按钮开关未接通时,电容通过电阻放电。晶体管与DMM均关闭,因为栅源电压为0V.当按钮开关短时按下时,电容立即充电至电池电压。晶体管栅极电压高于其源极,使DMM得电。当释放开关时,电容开始通过电阻缓慢放电。当栅极电压达到阈值电平时,晶体管关断,从而关闭DMM.在使用新电池和图中的值时,测试电路为50s时间。当然,可以根据自己的要求,修改R C 网的值, 设定这个时间。如果在按下按钮后,在一个较短时间后DMM才开始通电,那么说明电池已经快用完了,需要更换。由于只需要少量元件,这个自动断电电路很容易制作并安装在一块DMM的有限空间内选择按钮开关时,应选微型常开开关,并能适配于DMM前面板上钻出的一个小孔。由于DMM内部一般没有足够的空余空间,因此可能需要一块小型面包板,并采用微型表面安装元件,以尽量减小电路的体积。电路板用胶水或双面胶带粘在DMM背壳上。有些情况下,通孔元件的工作性能更好。为避免运输过程中DMM误通电,应将其量程开关置于off位置。

    时间:2018-09-06 关键词: 电源技术解析 dmm

  • 构成“直接读出”温度探头的IC和DMM

    对于电子线路的故障排除和调试,图1中的简单温度测量探头可充当一种不可缺的工具。如需测量几个点的温度,可为IC1(Maxim MAX6610)配备一个探头,或者可以永久地将一个或多个器件整合到印制电路板上,或把它们连接到各个元件。电阻器R1、R2、R3把电路的温度定标电压输出设定为各个值(表1)。图2展示了电路在各个温度的代表性输出。可在任何DVM(数字伏特计)或手持DMM(数字万用表)上显示电路与温度成比例的直流输出电压。该电路依靠标称电压为3V的电源(比如一对AA碱性电池),仅消耗 200mA电流。如果为该电路配备常开型瞬间接触按钮开关,则CR2016 纽扣式锂电池能使该电路连续工作数百小时或数年。如需产生图3中的误差曲线,可把该电路和铂电阻标准温度计浸没在温控式油槽中。该电路关于标准温度计的相对误差在 -40℃~ +125℃,范围仅变化4℃。MAX6610的数据资料包含了关于温度测量误差和输出范围的更多信息(见参考资料1)。如需把该电路用作温度探头,可把一段5mm长直径为1mm的非绝缘铜线直接焊接到IC1的 GND 引脚的小尺寸铜焊盘上。该导线应该与GND引脚建立热和电接触,从而提供一条从传感IC到探测点的低热阻路径。如需增加机械支持,可把导线粘接到印制电路板。热损耗会影响温度测量的精度,并且为了把从探头到印制电路板的热损耗减少到最低程度,可使用长而细的铜迹线来建立从IC1到它的支撑元件的电连接。把MAX6610用作印制电路板温度传感器,这与把它用作温度探头有些不同。对于板温传感,IC1必须驻留在与板保持紧密热接触的位置,应把大的铜面积直接连接到IC的引脚,并在铜面积和IC的引脚之间使用短而粗的迹线,或根本不使用迹线。铜面积提供了与板的热接触以及板和传感器之间的良好热转移,由此保证了精确的温度读数。

    时间:2018-08-22 关键词: 温度 ic dmm

  • 模块化数字万用表(DMM)

    在产线测试或制造业测试领域中,数字万用表(DMM)已经成为一款无处不在的测试仪器。在面对多种多样的不同测试需求时,例如需要进行电压、电流和温度测量的设备特性测试和功能性测试等情况,数字万用表作为一款理想的工具可以很好地满足测试需求。随着应用需求和技术的不断演变,数字万用表变得越来越小巧,而且也越来越多地与开关以及其他仪器相集成来构建多功能测试系统。面对这一演变,您是否想过仪器模块化的发展趋势将如何影响数字万用表? 如果您尚未考虑过使用模块化数字万用表来替代传统台式数字万用表,请思考以下三个问题: 在当前的测试系统中,传统DMM是否可以很好地与其他仪器进行通信?在自动化测试应用中,通常会用到开关模块、电源模块和示波器模块与数字万用表进行协同工作,而PXI平台可为所有的这些仪器模块提供最优化的低延迟通信总线。 传统DC直流测量是否可以满足测试应用的性能需求?最新的模块化数字万用表具有足够高的采样速率,可用作为高电压数字化仪。 测试系统需要多少个通道(当前系统及整个系统生命周期中)?要实现目标通道数需要多大的体积空间?模块化数字万用表与高密度开关模块相集成,可在紧凑的空间中实现多通道采集系统。 1. 利用基本的定时和同步功能 随着测试系统的仪器数量不断增多,数据采集、捕获以及触发等相关操作的定时和同步性能对于数据之间的关联显得尤为关键。NI提供了基于PXI和PXI Express机箱的定时和同步解决方案来处理这些需求。NI定时和同步模块可充分利用PXI和PXI Express机箱特性的高级定时和触发技术。 许多应用中会用到多种类型的仪器,诸如示波器、信号发生器、数字波形分析仪、数字波形发生器和开关模块等。对于这些应用,PXI和NI模块化仪器内置的定时和同步功能可在无需任何外接线缆的情况同步所有这些仪器。另外,NI DMM可与基于PXI的开关搭配使用能够以高确定性的硬件定时来扫描成百上千的采集通道。 2. 充分利用最新模块化数字万用表的多功能性 大多数测试工程师已经习惯于使用DMM来进行精密的测量– 通常为直流测量 – 而且往往会选择其他的仪器,比如示波器来实现波形捕获功能。然而,大多数的测试需求往往既包括直流测量,同时又有高频信号的测量需求。而最新模块化数字万用表可兼具两者的功能,在提供给用户7位半分辨率进行高精度测量的同时,其采样速率亦高达1.8MS/s。这类双功能的仪器能潜在地节省了测试经费,同样也简化了测试方式。此外,这类数字万用表具有可承载高电压和电流范围的浮地输入端子,大大简化了传统示波器使用一个外置衰减器或电流探头的测试方式。 随着采用通用测试系统来测试各种设备的趋势日益普及,系统的未来可升级性和可重配置性成为了另一重要的考虑因素。请想一下您当前的测试系统,它能否适应不断变化的测试需求或未来的新设备?使用传统DMM仪器时,如果需要添加功能– 比如来自不同供应商的不同类型仪器 – 对于测试系统来说这可能意味着完全重新构建架构,其原因是不同仪器间的控制和触发可能是完全不同的。这种方法不能提供足够的硬件灵活性来降低测试成本。相反,模块化DMM仪器采用了最新技术,在添加功能时只需要升级仪器而无需改变整个系统,这样用户就无需担心大幅的系统架构调整。 采用融合最新技术的模块化DMM仪器,用户可以通过软件编程的方式来控制仪器进行工作,从而获得最高效的仪器来执行每项任务。这种方法使得用户能够利用自校准等高级功能来确保在两年的工厂校准保修期内实现可重复测量。模块化DMM帮助用户以所需的方式控制测试系统,同时更加灵活地测量设备。 3. 设计多通道数测试系统以满足测试成本目标 在自动化测试应用中,数字万用表通常要连接到开关网络,从而使仪器可以连接更多的测试点。传统的台式数字万用表不仅要比模块化数字万用表需要更多的机架空间,且不具备扫描成百上千的开关连接所需的内置式触发和通讯功能。如果将开关模块集成到与DMM相同的平台中,即可避免复杂的自定义开关切换软件设计所带来的挑战,以及避免与其他不同供应商设备通信的难题。 此外,由于每款台式仪器都有一个独立的显示器、电源电路、风扇和机械外壳,当自动化测试系统使用到多种仪器时就会需要额外的体积空间和电源,且其成本通常比模块化系统要高。使用模块化系统,用户可最优化测试系统中的每一个组件,且避免不必要的空间和成本。例如,模块化DMM能以不同采样率完成高精度测量的任务,但其封装仅是以模块化板卡的形式,除去了不必要的独立显示器和机械外壳。现成PC技术使得用户能够通过编程方式控制和同步系统中的模块,同时模块化系统为添加其他类型的仪器提供了足够的机箱插槽,当用户使用开关模块扩展DMM通道数时也不会浪费任何的体积空间。利用模块化系统的内部功能,用户可大大简化编程难度以及多通道采集系统的系统连线,从而节省了整体空间和简化了仪器的控制架构。 4. 转换至模块化数字万用表 随着工业技术的不断演进和测试需求的不断膨胀,传统数字万用表的用户正逐渐向模块化的方式进行转变。相比传统独立的数字万用表设备,模块化数字万用表在具有相同或更高测量性能的同时提供给用户更高集成度的平台来支持现代技术,以其固有的灵活性满足不断变化的测试需求。

    时间:2018-06-26 关键词: 模块化 数字万用表 dmm

  • PXI Express DMM为更精确、更智能的测试系统奠定基础

    1. 专为自动化测试而设计 NI基于PXI的DMM款型从高性价比6½位型号到高性能7½位型号等不一而足, 包含市面上精度最高的7½位DMM。 某些型号所独有的特性包括扩展的测量范围、采样率高达1.8 MS/s的隔离数字化仪模式、延长的校准周期和基本电感与电容测量。 将以上特性结合到单台仪器中,从而为传统精密仪器所固有的测量难题(测量吞吐量和灵活性有限)提供了解决方案。NI基于PXI的DMM为解决从消费类电子产品到航空和国防工业等各行各业的应用难题提供了更智能的方法。 图1:PXIe-4081 DMM是针对任何测试和测量系统的完美解决方案。 NI的DMM产品系列主打PXIe-4081,它是业界精度最高的7½位DMM。 PXIe-4081提供26位分辨率、高稳定性、10 nV至1,000 V范围的计量级电压测量;1 pA至3 A范围的电流测量;10 µΩ至5 GΩ范围的电阻测量。 PXI-4065 PXIe-4080 PXIe-4081 PXIe-4082 分辨率(位) 6½ 6½ 7½ 6½ 最大电压(V) 300 300 1,000 300 最大电流(A) 3 1 3 1 最大采样率 3 kS/s 1.8 MS/s 1.8 MS/s 1.8 MS/s 电压精度(10 VDC,2年) *90 + 12 ppm 25 + 6 ppm 12 + 0.5 ppm 25 + 6 ppm 最长校准周期 1年 2年 2年 2年 直流电压和交流电压 ? ? ? ? 直流电流和交流电流 ? ? ? ? 2线和4线电阻 ? ? ? ? 频率/周期 ? ? ? 基本电感/电容 ? *PXI-4065不提供两年期精度保证,故这里显示的是一年期精度保证。 表1:市面上NI的DMM款型从高性价比6½位型号到高性能7½位型号等不一而足。 图2:基于PXI的DMM为传统精密仪器所固有的测量难题(测量吞吐量和灵活性有限)提供了解决方案。 2. NI软件优势 由于NI DMM专为自动化测试应用而设计,因此该仪器主要通过软件来进行控制和通信。 针对快速测量或应用调试,DMM软件前面板为用户提供了与传统台式仪器类似的前面板体验。 图3:NI的DMM驱动软件(NI-DMM)包括一个交互式软件前面板,用于快速测量和应用调试。 除了软件前面板之外,DMM驱动软件还包括可支持LabVIEW、C和C#等各种开发选项的一流API。 为保证DMM的长期互通性,NI-DMM驱动软件提供的API与先前和目前正在使用的NI DMM的API完全一致。 驱动软件还可提供帮助文件、文档说明和数十个可执行的范例,这些范例可作为您开发应用程序的起点。 图4:NI的DMM驱动软件(NI-DMM)包括数十个可执行的范例。 3. 高精度DMM测量 模数转换器(ADC)是高性能PXIe-408x DMM的核心组件。 现成的高速ADC技术和自定义设计的sigma-delta转换器的独特组合,可提供高速、高精度测量所需的噪声、线性度和速度方面的性能。 图5:在12个小时的0 VDC噪声和漂移测试(每一台DMM设置为100 mV 输入范围和10 PLC空隙时间)中,PXIe-4081(蓝色)测试性能胜过最高性能的6½位(浅灰)和7½位(深灰)台式DMM。 PXIe-4081使用目前最稳定的一个板载参考电压源来实现不同温度与时间下的稳定性能。 其他同价位的DMM均无法提供这样的参考电压源和稳定性,这就解释了为什么PXIe-4081提供了12 ppm的两年期精度保证,从而最大程度减少仪器校准所需的停机时间来进一步降低测试成本。更高的测量精度以及更低的使用成本和更少的停机时间,使其优于大多数传统的仅提供一年期精度保证的台式DMM。 PXIe-4081还采用了高级的DMM测量技术,比如偏移补偿电阻、高阶直流噪声抑制和自校准,以确保精确测量。 4. 通过隔离的数字化仪实现灵活的测量速率 传统的DMM设计更注重高分辨率和精度而忽略了采集速度。 PXIe-408x DMM的独特架构提供了7 S/s至10 kS/s连续变化的读取速率,您可以选择满足应用需求的采样率和分辨率。 图5:现成的高速ADC技术和自定义设计的sigma-delta转换器(电路如上图所示)的独特组合优化了DMM的线性度和噪声,提供了高达7½位的高精度和稳定性以及高达1.8 MS/s的数字化仪采样率。 如果需要更高采样率,您可以使用PXIe-408x DMM的高电压隔离数字化仪模式获得最高1.8 MS/s的采样率,并在最大电压范围内进行数据采集。 传统台式DMM的最高采样率是50 kS/s,而PXIe-4081 DMM的采样率则高出了36倍。 这可避免使用多个独立的仪器来实现高精度和高速测量。 图6:PXIe-408x DMM能够以比传统台式DMM高出36倍的速率进行采样,帮助您更深入了解待测设备。 5. 自校准和两年技术参数保证 NI DMM具有自校准功能,这一功能过去只有最高分辨率的DMM才能提供。 自校准使用一个高度稳定和精准的内部电压参考源来校正DMM内的所有DC增益和偏置漂移,这个内部电压参考源具有出色的温度特性和时间漂移,同时也考虑了所有电阻和电流源漂移。 自校准使得NI DMM在任何工作温度下(即使在普遍的18 °C至28 °C范围之外)均具有高准确度和高稳定性。 图7:自校准进一步提高了推荐的2年外部校准周期内的NI PXI DMM测量准确性。 这一操作只需不到一分钟时间就可以完成,而且不需要外部校准仪,可以最大程度减少已部署系统的维护负担。 由于自校准精密电路可最大程度减少了已部署系统的维护负担,因而PXIe-408x DMM提供了两年的外部校准周期。 6. 同步和集成 NI DMM利用PXI平台固有的定时和同步功能来与PXI机箱内的开关和其他仪器进行通信。 您可以将开关与DMM搭配使用来扩展仪器的测量功能,可测试上百甚至上千个测试点。 NI DMM通过PXI背板来发送和接收硬件定时的触发信号,并对开关模块板载内存中存储的开关连接列表进行扫描,从而实现与NI开关的“握手”。 这种扫描方法避免了传统扫描列表方法所需的软件开销,可创建一个确定的扫描列表,通过更具重复性的定时实现更快速的测试。 图8:通过将NI DMM与NI开关同步来创建硬件定时的扫描列表,可以大幅提升测试速度 。 此外,PXI平台还包含了电源、示波器、函数发生器等自动化测试应用中常与DMM搭配使用的仪器,从而可在紧凑的封装中构建紧密集成的系统。 另外,DMM还可通过PXI背板来发送和接收触发信号,将测量与其他仪器的操作同步,因此无需外部线缆来收发触发信号。 图9:PXI平台提供了各种仪器来实现出色的同步和集成性能,如源测量单元(SMU)、示波器、数字仪器和RF信号分析仪与发生器。 7. 使用NI DMM构建您的下一个测试和测量系统 NI DMM适用于从半导体特性分析到航空生产测试等各种应用,为更智能的自动化测试和测量系统的开发提供了高追求的测量质量、业界领先的速度和全面的软件支持。 您可以将NI DMM与基于PXI的开关结合起来构建高通道数采集系统,借助确定的硬件定时来执行成百上千次继电器闭合的扫描列表。 PXI平台还提供了独立式台式DMM所不具备的仪器,包括SMU、电源、示波器、波形发生器和RF信号分析仪与发生器。 NI DMM专门针对自动化测试应用而设计,具有比传统DMM更出色的测量质量,是您开发下一个测试系统的理想之选。

    时间:2018-06-25 关键词: pxi express 测试系统 dmm

  • 转换至模块化DMM的技巧和窍门

     1. 介绍 传统数字万用表(DMM)的用户正在从台式仪器切换到模块化仪器,以满足不断变化的测试要求。 许多用户正在考虑切换至模块化DMM是因为其采用的新技术使其能够提供与高精度台式仪器相媲美的测量质量。 模块化数字万用表(DMM)还提供了紧凑的尺寸和集成的平台来支持现代技术,其固有的灵活性可满足不断变化的需求。 尽管这一转换可能需要采取另一种方法,但您仍可以继续利用您的技术知识,在某些情况下也可继续使用现有的连接。 以下是从软件安装到部署过程中的一些技巧和窍门,可帮助您轻松切换到一个模块化DMM。 2. 安装仪器驱动软件 安装仪器驱动程序之前应先安装所需的应用程序开发环境(ADE)。 然后安装免费的NI-DMM驱动程序,该程序包含一系列功能和属性,可用于通过编程方式配置和控制NI电源或DMM。 此外,您还可借助丰富的帮助文档来确保您的成功。 图1.查看免费NI-DMM仪器驱动程序包含的丰富入门文档。 3. 安装DMM仪器到PXI系统 确认PXI/PXI Express机箱支持的插槽。 参考以下表格,确定您的PXI模块应使用哪个槽位。 表1.根据机箱插槽支持的模块类型安装模块,确保将其安装到兼容的插槽中。 将DMM模块安装到机箱插槽时,应先将模块板卡边缘插入前端模块导轨(顶部和底部)。 然后将模块滑动到机箱后部,确保将插入/弹出插销按下。 当感到有阻力时,拉起插入/弹出插销将模块插入机箱。 使用模块前面板的安装螺丝,将设备前端面板固定至机箱。 图2.将DMM模块安装到PXI系统中。 4. 连接前面板连接器 以下章节将介绍如何将信号连接至DMM前面板连接器进行常见的测量。 DMM产品套件包含一对配有安全香蕉插头的测试探针。 这些探针符合国际安全标准,包括UL 3111和IEC 1010-1,适用于DMM支持的所有应用。 如需了解这些常见测量的更多信息,请查看“开始»所有程序»National Instruments»NI-DMM»文档»NI数字万用表帮助文档”。 PXI/PCI/PCI Express/USB PXI、PCI和PCI Express前面板包含四个带护罩的香蕉插头连接器和一个9针连接器。 USB前面板则包含五个带护罩的香蕉插头连接器和一个9针连接器。 图3.PXI、PCI、PCI Express和USB DMM的前面板连接器。 5. 配置DMM 在Measurement & Automation Explorer (MAX)中配置和测试NI电源或DMM。 通过该环境可以定位仪器、命名设备、执行自检、运行校准等。 MAX这一个工具包含了系统的所有仪器,可执行各种基本测试。 如果要使用MAX配置和测试DMM,需要完成以下步骤: 启动MAX(开始»所有程序»National Instruments»Measurement & Automation)。 MAX可以自动检测已安装的DMM。 展开“设备和接口”。 确认DMM出现在“设备和接口”路径下。 记下分配给DMM的设备号或设备名称。 编程DMM时需要该信息。 对DMM执行自检,验证安装是否正确。 (仅NI-DAQmx NI407x设备)对DMM执行自校准。 右击DMM,选择Self-Cal。数字万用表进行自校准之前必须至少预热60分钟。 启动DMM软件前面板,运行功能测试并开始使用DMM。 DMM软件前面板可通过“开始»所有程序»National Instuments»NI-DMM Soft Front Panel”启动。 图4.使用MAX确保DMM正确安装,并使用自检功能来确定软件的正常通信。 6. 使用DMM执行基本测量 NI-DMM是一个兼容IVI的仪器驱动程序,包含于NI电源或DMM中。 该程序可用于在所需的ADE中编程数字万用表。 它可与所有NI DMM通信。 由于该程序兼容IVI,因此如果用户之前使用的是IVI驱动程序,就可以继续利用这方面的知识,并将其应用到NI模块化数字万用表编程中。 例如,当转换到模块化DMM时,电压电平、电流限制、源延迟和孔径时间等数字万用表设置仍可保持不变。 图5.通过NI-DMM软件前面板,用户就可使用模块化DMM执行基本的测量。 7. 编程DMM 开始使用该仪器时,可运行NI-DMM范例来演示仪器的功能。 这些范例可作为应用程序开发的编程模型和构建模块。 NI范例查找器包含于部分软件应用程序中,可用于将范例归类,以便轻松地浏览和搜索所安装的范例。 用户可查看每个范例的描述及其兼容硬件型号,也可查看看特定硬件型号兼容的所有范例。 图6.选择各种程序范例,快速开始创建应用程序。 所有NI DMM均需要使用NI-DMM仪器驱动程序。 基于这个共性,用户就可以将某个模块化DMM的API知识复用于另一个DMM,从而提高工作效率。 升级DMM时,通过复用大量现有代码就可轻松将新仪器集成到应用中,如果需要在系统中添加DMM,用户也可利用现有知识来快速适应应用。 8. 配置触发或事件 模块化数字万用表简化了与电源、示波器和开关等其他仪器的通信设置和编程体验。 定时和同步在PXI机箱内实现,因此基于PXI的数字万用表可以在PXI机箱内与其他仪器和开关进行通信,而且无需外部电缆。 图7.基于NI数字万用表和开关的硬件扫描。 9. 构建和部署系统 部署应用程序时应选择适当的工具组合来满足应用需求。 NI提供了超过600种款式丰富的NI模块化仪器,多个DMM仪器也可相互组合,在4U 19英寸机架空间创建包含多达68 DMM通道的系统。 校准 每个电源或DMM均在规范规定的一定温度范围和时间内运行。 如果温度变化或时间超出这些规范,且应用要求严格符合规范,这时就需要校准。 使用NI数字万用表时,为了减少时间和温度漂移所造成的误差,NI-DMM为部分设备提供了自校准功能。 自校准会重新计算某些内部参考值、增益和偏移,以显著提高整个工作温度范围内的设备精度。 由于自校准可执行偏移修正,部分无自动归零功能的设备可通过自校准修正偏移误差漂移。 此外,NI的校准服务项目能够帮助用户降低维护成本,并确保其获得所需的服务。 这些项目涵盖了有效期更长的所有校准和维修费用,以更长期保障您的NI产品投资。 部署测试系统的更多资源 NI提供了一份实用指南,旨在介绍组装测试系统的关键步骤,并提供记录完整流程的模板。 该指南还介绍了如何有效地制定策略来确保软件部署的可靠性。 10. 立即配置系统 配置测试系统时,可利用先进的在线系统配置指南来了解各个选项。 借助这个免费的在线工具,您可选择符合您应用需求的组件或联系技术专家。 图8.使用PXI配置指南配置满足您需求的系统。

    时间:2014-12-31 关键词: 数字万用表 dmm

  • 吉时利推出经济型、可编程的5位半数字多用表(DMM)

     21ic讯 吉时利仪器公司,作为先进电性测试仪器与系统的行业领导者,在数字多用表(DMM)领域具有悠久的历史,最近又推出一款经济实用的新产品。2110型5位半双显示数字多用表(DMM)为多种通用功能和台式应用而优化。同竞争产品的5位半数字多用表(DMM)相比,2110型产品具有更大的吞吐量(快10倍)、更高的准确度(直流电压准确度提高2倍)、更低的采购价格以及更大的集成灵活性。系统特性包括外部触发、内建读数缓存,还可选配GPIB接口,以提高易用性。 丰富的功能设置 2110型数字多用表(DMM)的功能包括:直流电压(高达1000V)和电流(高达10A)、交流电压(高达750V)和电流(高达10A)、2线与4线电阻(高达100MΩ)、温度、频率(10Hz–300kHz)与周期、以及电容(1nf-100mf)测量。它还包括多种数学函数以及二极管与连续性测试函数。可编程A-D转换器和滤波器的设置简优化2110型数字多用表(DMM)信噪比指标,提高了测量准确度。采用快速4位半设置时,测量速度高达50,000读数/秒。 该仪器的双显示功能可以同时显示两个测量结果,如直流电压和温度,因此用户可以在不影响其他测量的情况下监测温度波动。它采用直观的前面板设置,便于学生使用,而且不会影响测量性能或灵活性。 支持温度测量 温度是最常见的测量参数,2110型数字多用表(DMM)支持以下温度测量方式:RTD、NCT电热调节器以及B, C, E, J, K, N, R, S, T型热电偶。其内置冷结补偿器可以确保更高的热电偶测量精度,而且无需额外插件。 内置数学函数,包括测试工具 为了简化将原始数据转化为有用信息的过程,2110型数字多用表(DMM)包括经常使用的数学函数:百分比、平均值、最小值/最大值、null、极限、mX+B、dB以及dBm。其包含的KI-Tool与KI-Link软件工具有助于用户使用仪器、记录测量和显示测量结果的时间序列图,然后将其导入Microsoft® Word或Excel文档,创建测量报告。LabVIEW®与IVI 驱动程序提供了进一步的编程灵活性。 远程接口 利用仅USB或USB/GPIB控制选项,2110型数字多用表(DMM)很容易与包括其他仪器(如吉时利2200系列直流电源)的测试系统进行集成。TMC兼容的USB远程接口以及可选配的GPIB接口允许轻松使用现有的SCPI程序。 应用范围广泛 2110型数字多用表(DMM)在低成本电子器件、电路、模块、电子元件以及半导体元件的手动、半自动、自动测试应用中具有重要价值。生产、研发与测试工程师、科学家和学生将发现,在便携式、台式以及系统应用等各种不需要超高精度的测量场合,2110型数字多用表(DMM)都非常有用,它可以提供稳定、准确和快速测量。 销售 仪器将收到订单后2周内发货。该仪器包括一年的工厂保修,三年和五年的延长保修期服务。  

    时间:2012-09-19 关键词: 经济 吉时利 可编程 dmm

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