深入了解NI PXI 4071 七位半数字万用表架构

22 ºC x 温度系数 = (读数44 ppm +范围22 ppm)，即600 µV的总不确定性。在50 ºC环境温度下，误差可能比指定的一年精度差四倍。

确保PPM级别的精度

为了消除由于这些效应导致的误差，所有FlexDMM设备都为直流电压（VDC）、电阻、二极管和数字化仪模式提供了专用自我标定功能。由于以下原因，这个功能是重要的：

1、自我标定功能修正所有的信号路径增益和数字万用表内部的偏置误差，调整为之前描述过的精确高稳定性的内部电压参考源。

2、自我标定对于所有电阻电流源、增益和偏置误差都是有效的。对于电阻而言，所有误差都按照内部单一的10 kW精确电阻进行修正。

3、自我标定需要一分钟，并且对所有范围的电压、电阻和数字化仪功能进行重新标定。在传统的数字万用表中，完成这个功能需要10分钟以上。

使用自我标定，即便是在传统的18至28 ºC之外的温度范围，也可以得到可用于任何工作温度的精确稳定的数字万用表。对于上述实例而言，使用自我标定由于温度系数带来的额外误差，将完全适用于90天和两年规格：

使用自我标定的温度系数：< (读数0.3 ppm + 范围0.01 ppm)/ºC
这代表了在整个FlexDMM的工作温度范围内精度的大幅提升。表3总结了这些结果。

表3：实例总结——在10 V范围内测量5 V的不确定性分析

注意使用带有自我标定功能的FlexDMM在50 ºC下的精度，相比传统方法而言提高了七倍。表4将自我标定与传统的“工厂”标定进行了比较。

表4：标定比较

6. 电压测量体系结构

在提供高稳定性、度量等级的直流和交流电压功能时，并没有对其它方面折衷。使FlexDMM能够达到这样性能的几个重要因素包括：

• 微型表面安装、高性能、精确组件的可用性和质量在过去的10年中得到了巨大的提高
• 尺寸更小并且紧密排列的电子封装实际上提高了性能，尤其是在精确组件之间的热量跟踪
• 为ACV计算和频率响应标定使用FlexADC和DSP将信号调理简化为一个公共通道，因此减少了组件、复杂性和切换
• 不使用“前—后”开关（在箱式数字万用表中十分常见），简化了输入布局，降低了关键电路信号路径阻抗，提高了信号完整度
• 作为PXI系统机箱中的常见组件，电源在测量模块上不占用空间

高电压体系结构

使用NI PXI-4071，您可以测量1000 VDC以及CAT I级别下的700 VAC Trms。为了在超小型PXI模块中精确测量1000 V，您必须考虑组件故障、电压分离、衰减器设计以及前端电路的功率耗散限制。

单一10 MΩ输入衰减器

过去，数字万用表在前端信号调理电路中使用1 MΩ和10 MΩ衰减器。1 MΩ衰减器用于为700 VAC信号提供信号调理，消耗超过0.5 W。对于微型精确组件而言，这是一个困难的要求。控制温度系数带来的误差对于较大的组件而言也是一项挑战。因此，需要避免使用1 MΩ衰减器。另一个在传统数字万用表中使用1 MΩ衰减器的原因是宽交流带宽。传统的10 MΩ衰减器设计无法达到1 MΩ衰减器设计相同的交流带宽等级。

PXI-4071 FlexDMM利用创新的分级设计去掉了在传统设计中降低宽带宽性能的衰减器电容。这个环节在图8中显示，经过仔细的设计和布局，最小化寄生电容，能够负载输入衰减器网络RN的100 kΩ衰减器。使用附加的由R1-R4以及U1构成的分级环节，可以确保平稳的阶跃响应。更为重要的是得到的特征响应与单极RC十分接近，这对于数字化仪和直流阶跃响应是十分重要的。

图8：PXI-4071分级环节

第二，PXI-4071使用数字交流DSP平整度修正，在不使用补偿电容的情况下，对残余衰减器平整度进行补偿。在要求单一衰减器能够完成交流rms、精确直流和数字化仪信号的情况下，这两种补偿方法与其他方法相比，带来了数量级上的提升。

组件故障与电压分离

高电压测量最严峻的问题是范围选择开关（继电器）故障。过去，数字万用表使用高电压继电器。高电压继电器开关与