深入了解NI PXI 4071 七位半数字万用表架构

高可靠性很难在同一个封装中同时得到，更不用说在微型封装中了。

为了满足这两个要求，PXI-4071实现了全新的固态设备用于范围选择。在关闭状态下，它能够承受1000 V以上的电压。这个设备不存在传统电磁继电器的可靠性问题，因为不存在高电压开关容易破坏的接触部分，也不存在接触寿命限制。固态输入信号调理的第二个优点是优秀的低压直流热性能，在不足5000美元的设备中，这种1000 V数字万用表组合是史无前例的。

通过使用固态高压开关，避免使用1 MW分割器，使用DSP避免使用标定组件，您可以在增加板卡表面区域可用性的情况下，满足电压间距的要求。您现在可以对布局进行调节，满足CAT I对1000 V PXI仪器的要求。

直流噪声抑止

直流噪声抑止是在所有FlexDMM设备上用于直流测量的专用NI特性。FlexDMM返回的每个读数实际上是多个高速采样的数学结果。通过调节这些采样的相对加权，您可以调节对不同干扰频率的灵敏度。有三种不同的加权方式可以使用——普通、二阶、高阶。

普通

如果您选择普通直流噪声抑止，所有采样平等地进行加权。这个过程与大多数传统的数字万用表相似，提供了f0倍数频率下的良好抑止，其中f0= 1/t孔径，孔径时间对于测量是选定的。图9显示了普通加权和噪声抑止结果关于频率的函数。注意仅在靠近f0倍数的频率下可以得到较好的抑止。

图9：普通直流噪声抑止

二阶

二阶直流噪声抑止对测量采样使用了三角加权，如图10所示。注意在f0的偶数倍频下得到了非常好的抑止，同时相比普通采样加权而言，随着频率增加，抑止提高得很快。请注意，响应范围相比普通加权更宽，这样可以在噪声频率下对轻微变化得到更低的灵敏度。如果您希望得到比普通直流噪声抑止更好的电源线噪声抑止，您可以使用二阶直流噪声抑止，但是无法通过降低采样速度得到高阶噪声抑止。举例而言，对于60 Hz的电源线频率，您可以将孔径设置为33.333 ms。

图10：二阶直流噪声抑止

高阶

图11显示了高阶采样加权和得到的噪声抑止关于频率的函数。请注意噪声抑止从4f0附近开始加强，在4.5f0以上变得很强。使用高阶直流噪声抑止，在高于4.6f0的任何频率下，对于噪声几乎没有灵敏度。在任何高于46 Hz的频率，带有高阶直流噪声抑止、100 ms孔径（10读数/s）的FlexDMM能够在电压范围10V，干扰电源线噪声大于1 V的情况下，提供完全的六位半精度。这相当于普通模式抑止模式高于110 dB的水平，对电源线频率的变化不敏感。

图11：高阶直流噪声抑止

表5总结了三种直流噪声抑止设置之间的不同。

表5：直流噪声抑止设置

交流电压测量

交流信号通常用rms幅值表示，这是其总能量的度量。RMS代表均方根；要计算一个波形的均方根，您必须对信号电平的平方求平均值，然后取其平方根。尽管大多数数字万用表使用模拟域的非线性信号处理，FlexDMM使用板载DSP计算交流波形数字化采样的rms数值。结果是安静、精确、快速稳定的交流读数。数字算法自动抑止信号中的直流分量，使它能够绕过稳定较慢的输入电容器。为了测量包含大直流偏置的小交流电压——例如直流电源的纹波，FlexDMM提供了标准交流电压模式，耦合电容能够消除偏置，因此FlexDMM可以使用最灵敏的范围。

FlexDMM使用的rms算法要求波形的四个周期（循环）得到一个稳定的读数。举例而言，它要求4 ms的测量孔径，精确测量一个1 kHz正弦波形。这个方法带来的优点是能够提高系统性能。使用传统的数字万用表，必须要等待模拟Trms转换器稳定，之后才能进行测量。使用FlexDMM，则不会产生Trms转换器稳定时间。FlexDMM能够更快得到交流读数的优点在使用开关的系统中十分明显。

进行rms计算的数字方法也提供了精确的优点。这个算法与峰值系数全然无关，并能够得到十分稳定的读数。传统的数字万用表能够确保交流精度是整个量程的10％，FlexDMM确保交流精度是整个量程的1％，甚至在全量程0.1％以下，也可以得到有效读数。

7. 电流测量体系结构

扩展数字万用表电流测量的动态范围是为了满足不断增长的用户需求。在大电流端，您可能需要监视电池、电路或是电磁设备负载性能。现在的集成电子设备需要更多功率。因此，对高于1 A的设备进行测试和特征分析的需求正在增加。在小电流端，许多现在的应用程序，例如半导体设备“关闭”特性需要达到微安或纳安的水平。

PXI-4071能够通过实现全新的固态电流测量配置，能够提供从1 µA至3 A的八种直流电流范围和