深入了解NI PXI 4071 七位半数字万用表架构

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从100 µA至3 A的六个交流rms电流范围。1µA范围能够提供达到1 pA（10-12A）的灵敏度。要同时提供大电流和小电流支持需要一种独特的电路设计方法。高电压、过流保护和低泄漏测量在历史上是互相排斥的。FlexDMM实现了独特的设计方法，在图12中给出了方块图。这张大大简化的示意图显示了在PXI-4071中使用的五个电流范围。

图12：简化的PXI-4071电流信号调理

为电流范围选择使用固态设备，可以在较小的物理空间中达到更高的可靠性和改进的保护。此外，两种电流范围选择设备Q3以及Q4，实际上是在过载时工作，从而可以保护高稳定性的电流传感电阻，为最为苛刻的应用提供所需的鲁棒性。

8. 1.8 MS/s隔离数字化仪体系结构

PXI-4071 FlexDMM还具有对高达1000 VDC和700 VAC（1000 Vp）输入，以最大采样速率1.8 MS/s采集直流耦合波形的功能。您可以简单地改变采样率，将数字化仪分辨率从10比特提高到23比特，如图13所示。有了隔离数字化仪功能，由于不必购买分离的数字化仪，减小了测试系统尺寸和维护成本，FlexDMM能够最小化整体测试系统成本。

图13：FlexDMM 1.8 MS/s数字化仪模式

通过将LabVIEW图形化开发软件与FlexDMM的隔离数字化仪模式结合在一起，您可以在时域和频域中分析瞬态和其他不重复高压交流波形。其他高分辨率数字万用表都不会具有此项功能。

举例而言，汽车行业中常用的应用是测量点火线圈的回扫电压。点火线圈使用高电压驱动引擎中的火花塞，是用主线圈和次级线圈构成的。次级线圈通常比主线圈的圈数多，因为相对于主线圈的圈数比乘以电压可以得到输出电压。当电流突然消失时，磁场的变化会在次级线圈上感应出一个大电压（+20,000 V）。这个电压被传送至火花塞。

由于在次级线圈上的电压非常高，测试实际上是在主线圈上完成的。根据点火线圈不同，回扫波形通常在10µs数量及和40至400 V的峰值电压。在这个波形上完成的测量通常是峰值点火电压、保留时间和结束时间。使用FlexDMM数字化仪功能和LabVIEW分析函数，您可以建立回扫电压测量系统。

隔离数字化仪的优点

有了隔离特性，您可以安全地在存在大共模信号的情况下，对小电压进行测量。隔离的三大优点是：

• 增强抑止——隔离提高了测量系统抑止共模电压的能力。共模电压是“共同”存在与测量设备正级输入和负极输入，但并非测量信号一部分的信号。举例而言，共模电压在燃料电池中一般为数百伏特。
• 改进安全性——隔离建立了绝缘屏障，您可以在保护设备免受大瞬态电压毛刺的影响，进行浮动测量。适当隔离的测量电路通常可以承受高于2 kV的毛刺。
• 提高精度——隔离通过防止物理接地回路，提高了测量精度。接地回路是常见的误差和噪声源，是因为测量系统包含多个不同电势的地带来的结果。

9. 电阻测量体系结构

FlexDMM包含完整的电阻测量特性。它提供了2线和4线电阻测量功能。4线技术用于使用长导线和开关导致“测试端”电阻偏置，导致测量小电阻测量困难时使用。但是，有时加入偏置电压也会导致很大的误差。

偏置补偿电阻
在这些情形下，FlexDMM提供了偏置补偿电阻测量，它对于许多电子测量应用中的偏置电压不灵敏：

1. 开关系统使用无补偿的螺线继电器（无补偿螺线继电器可能包含高于10µV的补偿电压，它是由在设备玻璃罩中使用的Kovar接头材料导致的）
2. 回路电阻测量（举例而言，在对被测电路施加电源时，对电源导体的电阻进行测量）
3. 测量电池的源电阻、前向偏置二极管的动态电阻等等

在上述的情形1中，（测试系统通常使用优化的开关搭建，而不是单纯为了电阻测量的任务）请检查该句。举例而言，螺线继电器由于其可预测的阻抗特性和高可靠性，在射频测试系统中十分常见。在这样的系统中，您可能还会希望能够希望测量被测单元的电阻，而同时，螺线继电器也可能已经在系统中使用。

在情形2中，一个实例是在加电的情况下，对电源总线的电阻进行测量。（注意：您需要在进行这些测试的时候特别小心。）假设电阻是10 mΩ范围附近，如果有100 mA电流通过这个电阻，两端的电压降是：

V = 100 mA x 10 m = 1 mV

在100范围的无偏置补偿的数字万用表会认为电阻为1 Ω，因为它认为电压是由它内部的1 mA电流源通过被测导线产生的，无法判别其中的区别。在启用FlexDMM和偏置补偿电阻之后，就能够区分并抑止1 mV偏置，从而可以得到正确的电阻值。

图14：电图15：电流关闭的第二次测量循环 图15：电流关闭的第二次测量循环