DM3068数字万用表在弱信号测量中的应用

图5是使用直方图观测被本底噪声淹没的信号的实例。图左侧是电路本底噪声的时域波形(下方，垂直方向是时间轴方向。下同。)及其直方图，该噪声基本符合高斯分布，认为是白噪声。图右侧是电路加入一个3μVpp左右的脉冲方波后的测试结果。对比时域波形，右侧信号波形跟左侧白噪声波形很相像，电压平均值也相接近，不能直观地判定两种波形的区别。但是对比两者的直方图可以明显发现两种信号的区别，而且通过右侧直方图可以推断加入的信号有低电平分量，且该低电平分量出现概率不大，近似于占空比很小的负脉冲。

图5 直方图发现淹没的信号

超低功耗电路的电压、电流测试

超低功耗电路测试通常要求仪器能够测试nA级弱电流，同时电压测量的输入阻抗趋于无穷大。一般的手持式万用表无法测量nA级电流，电压测量的输入阻抗固定为10MΩ，不能满足超低功耗电路的测试需求。

图6是一种超低功耗设备的入侵检测电路。常闭开关S1用于入侵检测，设备外壳被破坏时开关S1断开。该电路中二极管D1用作超低电流的上拉元件，其反向漏电流Is约为10nA。一旦外壳被破坏，S1断开，D1将控制器MCU的管脚DET拉高，产生上升沿作为入侵触发信号。这个电路的主要测试项目有二极管反向漏电流Is，开关S1闭合时的DET电平，开关S1断开时的DET电平，开关S1闭合到断开过程中DET管脚的电压上升沿波形。

图6 入侵检测电路

常规仪表无法有效完成以上测试，DM3068数字万用表直流电流最小分辨率高达100pA, 可以满足Is的测试需求;直流电压20V(范围比竞争产品大一倍)及以下挡位有大于10GΩ的输入阻抗，并且输入偏流小于100pA，结合其数据绘图、电平触发和预触发功能，能够实时捕获并显示DET管脚波形，可以像使用示波器一样轻松完成上升沿波形和电平测试。

查找电路板中的短路

手工焊接过的电路板常常会有焊屑导致的短路，而且焊屑一般藏在元件底部，不易查找。一旦电路板上的电源跟地短路，接在该电源和地之间的所有元件都成了可疑对象。逐个排查可以解决问题，但是非常费劲。

如果被短路的电源上只有一处短路，那么远离短路点的位置由于串联了PCB电阻因而对地电阻较大，因此只要找到对地电阻最小的位置就能定位短路。

如图7所示，Rp1～Rp(n)是+5V电源线的PCB电阻，阻值均为1mΩ;Rn1～Rn(m)是GND地线的PCB电阻，阻值均为1mΩ;C1～C5是+5V电源的退耦电容。假设在电容C2下方隐藏有短路，那么在C2处测得的电阻为0mΩ;在C1处测得的电阻C2处测得电阻加上Rp1和Rn1，共为2mΩ;同样的道理，C3～C5处测得的电阻依次是2mΩ、4mΩ和6mΩ。C2处测得的电阻最小，因而可以断定C2下方有短路。

图7 有短路的等效电路

电阻测量分辨率越高，短路定位的精度也越高。PCB电阻一般为毫欧级别，大部分手持万用表电阻测量分辨率大于10mΩ，不能有效确定分辨短路位置。DM3068的电阻测量分辨率为0.1mΩ，可以精确地定位短路(对于1OZ厚，5mm宽线铜，可以分辨到1mm)，使得上述短路定位的方法实用化。

在线测量电流

在电路板上单独测量一块QFN或BGA封装的芯片的工作电流是很不容易的。在高密度多层PCB上很难找到切断电源线并插入电流表的地方;有些数字芯片要求极低的电源内阻，完全无法容忍插入测试电缆。这时，如果电路板上留有一些突破口，则可以利用DM3068低电阻测量和弱电压测量功能来实现非侵入的在线测量电流。

如图8所示，需要测量芯片U1的VCC电流Ivcc，其电流方向是从A点到B点。可以先断开电路的电源，然后使用DM3068的电阻测量功能测量AB两点间的PCB导线电阻，接着接通电源并测量AB两点之间的电压，最后用测得的电压除以测得的电阻即可得到电流的大小。例如，PCB导线电阻为4.8mΩ(1oz厚，20mm长，2mm宽的导线)，测得电压为48μV，则电流大小为10mA。

图8 在线测量电流示意图

在线测量电阻

严格地说，在线测量电阻是不被推荐的，但是电路板调试时频繁地拆装电阻确实是一件很繁琐的事情。电路调试时通过分析电路，可以找到能够在线测量电阻的条件。在线测量电阻只是证明电阻阻值跟预期值相同，因此也就不必为测不准而担心了。

以图9所示电路为例，电阻R串联在逻辑IC1的输出和逻辑IC2的输入之间。电阻R的正确值是33Ω，现怀疑R阻值异常，需要对其进行测试。观察逻辑IC1和逻辑IC2的内部等效电路可以发现，逻辑IC2只通过钳位二极管将电阻R连接到电源线上。也就是说，只要电阻R两端的电压不超过IC2内部的钳位二极管的正向导通电压(一般为0.5V)，流过IC2的输入管脚的电流就可以忽略，也就不会对电阻