深化了解NI PXI 4071 七位半数字万用表架构

1. 概述

NI在2002年发布了具有开创性的六位半FlexDMM PXI-4070。这个产品为工程师供给了传统精密仪器中内涵丈量应战的解决方案——改善有限的丈量吞吐量和灵活性。FlexDMM经过能够供给与价格数千美元的更高分辨率的数字万用表（DMM）相媲美的丈量吞吐量，克服了这些应战。NI在其发布之后，持续对FlexDMM进行立异，其间包括：

• 将最高速丈量办法下的吞吐量前进了一倍
• 添加了1.8 MS/s的阻隔高电压数字化仪办法
• 发布了PXI-4070的PCI版别
• 发布了PXI-4072六位半FlexDMM和LCR外表

最新的产品是NI PXI-4071七位半FlexDMM。全新的PXI-4071 FlexDMM供给了26比特精度和分辨率，与之前的FlexDMM设备比较，分辨率高出10倍，精度最多可前进60％。PXI-4071还供给了非常宽的丈量规模，如表1所示，因而您能够丈量从±10 nV直至1000 V的直流电压，±1 pA直至3 A的电流，10 µΩ直至5 GΩ的电阻，还能够进行频率/周期丈量以及二极管丈量。FlexDMM具有阻隔数字化仪办法特性，您能够以高达1.8 MS/s的采样速率，在一切电压和电流办法下，对直流耦合波形进行收集。本文档供给了FlexDMM与传统数字万用表模仿数字转化器（ADC）以及体系结构的具体比较。

表1：FlexDMM输入比较
1仅适用于PXI-4072

2. 传动数字万用表的约束

传统的数字万用表一般注重分辨率和精度，而不重视高速收集功用。当然，作为一个根本的物理函数，在噪声功用与速度之间有内涵约束性。电阻的Johnson噪声是理论约束的一种，其他半导体设备技能还包括另一些实践约束性。可是您有许多其他挑选能够帮助您完结最高或许的丈量功用。

某些专用的高分辨率数字万用表能够供给高分辨率和高收集速度，可是其价格非常贵重，一般在8000美元左右，而且只能用于占用很多体系或作业台空间的完好机架装备。
另一个数字万用表速度约束是由传统的硬件渠道驱动的，即GPIB（IEEE 488）接口总线。自1970年以来运用的接口虽然是速度、灵活性和本钱折中的产品，依然被公以为是规范的接口。大多数传统的“箱式”数字万用表运用这个接口，虽然现在现已呈现了运用USB和以太网等其他总线规范的传统数字万用表。一切这些接口都经过将信息发送给仪器并等候呼应与数字万用表进行通讯，这比在PXI模块化仪器中运用的依据寄存器的拜访速度慢。

直至测验替换GPIB接口之后，数字万用表在速度和精度的根本约束依然是在这些产品中运用的ADC带来的。为了更好地了解所运用的技能，您需求在功用方面进行更为详尽地剖析。

双斜坡ADC技能

从前史视点来看，准确A/D转化最陈旧但却是最长用的办法之一是双斜坡ADC。这个技能自1950年以来就一向被广泛运用。它本质上是一个两步的进程：首要，输入电压（代表需求丈量的信号）被转化为电流，经过开关S1，施加在积分器的输入上。当积分器衔接到输入之后（积分循环或孔径的开端），积分逐步添加直至积分循环或孔径的完毕，这时输入与积分器断开衔接。现在，准确的已知电流经过开关S2衔接到积分器上，积分器逐步减小直至跨过零点。在这个时分，高分辨率的计数器开端丈量积分器从开端下降至零点所花费的时刻。丈量得到的时刻相关于积分时刻和参看是与输入信号幅值成正比的。见图1。

这个办法现在依然用于许多高分辨率的数字万用表中。它具有简略性和准确性的长处。延伸积分次数，您能够将分辨率前进到理论约束。可是，以下规划约束将终究影响产品功用：

• 有必要补偿积分电容的电介质吸收，即使关于需求杂乱标定进程的高质量积分电容也需求补偿。
• 和参看源相同，信号有必要经过门翻开或封闭。这个进程或许会将电荷注入到输入信号中。电荷注入或许会导致输入相关的差错（非线性），在较高分辨率下（六位半或更高）这些差错难以补偿。
• 下降时刻大大下降了丈量速度。下降速度越快，由比较推迟、电荷注入等带来的差错也会更大。

有些拓扑结构在积分器之前运用跨导，将电压转化为电流，之后运用“电流驱动”网络将电荷注入降至最低。不幸的是，这个附加的模块会引进额定的杂乱度和或许的差错。

虽然存在这些规划上的约束性，双斜坡转化器用于很多数字万用表中，从最常见的作业台或现场服务东西直至高精度、衡量学级其他高分辨率数字万用表。与大多数集成A/D技能相同，它们具有供给较好噪声遏止的长处。将积分周期设置为1/PLC（电源线频率）的倍数，能够使A/D遏止线频率噪声——这是咱们期望得到的成果。

运用下降ADC技能完结电荷平衡

许多制造商经过运用下降A/D技能完结电荷平衡，克服了双斜坡转化器的电介质吸收和速度问题。这个技能在本质上与双斜坡类似，可是在积分周期中对参看信号施加了量化增量。这一般被称为“调制”。每个增量代表了必定固定数量的终究计数。参看图2。

在积分阶段，在图2顶用t孔径表明，S1被翻开，Vx被施加在R1上，它表明积分斜坡开端。反电流以固定距离经过开关S2和S3进行施加。这样就能够“平衡”对C1的充电。每次将S5衔接到VR的时分，都会发生丈量计数。实践上，关于更高分辨率的丈量（延伸积分次数）而言，大多数计数是在t孔径阶段发生的。在电荷平衡阶段的结尾，和双斜坡转化器的景象相同，将对积分器施加一个准确的参看电流。积分器将逐步下降直到跨过零点。丈量是从在积分阶段中堆集的计数核算得到的，经过和在下降阶段堆集的计数的加权求和。制造商运用两个或更多的下降参看，这样能够得到更快的下降阶段前进速度，还能够减缓“终究斜坡”得到更高的精度。

虽然您能够运用下降A/D的电荷平衡大大改善积分电容的电介质吸收问题，它还具有双斜坡转化器的功用长处。（实践上，有些双斜坡转化器运用多个下降斜坡。）因为在电荷平衡阶段发生的计数大大下降了任何下降差错，因而大大前进了速度，下降速度也大大加速。可是，因为需求加载和开释积分器，假如您进行多个丈量或许对一个信号进行数字化，就会呈现显着的死区时刻。

这个类型的ADC自从1970年以来就现已投入了商业运用，之后发生了巨大的演化。前期版别运用与电压频率转化器类似的调制器。它们因为频率寄生参数的效果，遭到线性问题的影响，因而在转化速度上遭到了约束。在1980年中期，这个技能经过改善，包括了“常频率”调制器，该技能直到今日还被广泛运用。这大大前进了这些转化器的终究功用和生产力。

Sigma-Delta转化器技能

Sigma-Delta转化器又称为噪声整形ADC，最早是从电子通讯业中发展起来的。现在，这个技能现已被广泛用于作为多家制造商的商业制品A/D结构模块的根底。在曩昔的十几年中，虽然在这个领域中取得了长足的前进（这是由在音频与电子通讯对高动态规模转化不断添加的需求所推进的），很多的研讨仍在不断进行中。现在一些模块化数字万用表（PXI、PCI以及VXI）运用sigma-delta ADC作为收集引擎的中心。它们还常常用于对信号进行数字化，用于：

• 动态信号剖析（DSA）
• 商业与顾客音频及语音
• 例如振荡、张力和温度等物理参数，其间中频数字化就已满意

Sigma-delta转化器的根本方块图如图3所示。

Sigma-delta转化器的根本结构模块是积分器、单比特ADC和DAC（数字模仿转化器）以及数字滤波器。您能够经过将积分器环节与数字滤波器规划组合在一起，完结噪声整形。您有多种办法能够完结这些模块。关于积分器环节、数字滤波器环节以及A/D与D/A转化器比特等等的最佳个数存在不同的定见。可是，根本的作业结构单元依然是根本类似的。调制器由单比特电荷平衡反应回路组成，它与之前所描绘的类似。因为单比特ADC具有杰出的内涵精度和单调性，它是得到杰出线性性的要害。

运用商业可用的sigma-delta转化器有许多长处：

• 它们能够大致到达线性，而且供给杰出的差分线性性（DNL）
• 您能够非常有用地操控信号噪声
• 它们能够进行自我采样和盯梢（无需采样与坚持电路）
• 它们一般本钱较低

可是，运用高分辨率数字万用表的商业sigma-delta ADC具有一些约束性：

• 因为经过数字滤波器带来的流水线推迟导致的速度约束，特别是在扫描运用中
• 虽然一般是线性、低噪声的，制造商规范会将精度约束为五位半（19比特）
• 调制“基调”或许进入通带中，在高分辨率下导致问题
• 不能很好的操控采样进程中速度-噪声折中、收集时刻等

3. NI FlexDMM技能

FlexADC是NI FlexDMM宗族（PXI-4072、PXI-4071、PXI-4070以及PCI-4070）的中心。FlexADC供给了需求完结高速高精度丈量的噪声、线性、速度和灵活性。在图4中显现的FlexADC是依据商业高速ADC技能和定制的sigma-delta转化器的组合完结的。这个组合为高达七位半的精度和安稳性对线性和噪声进行了优化，还供给了高达1.8 MS/s的数字化采样速率。

图4中的方块图给出了FlexADC怎么作业的简化模型。在低速下，电路运用了sigma-delta转化器的长处。反应DAC是为完结极低的噪声和杰出的线性性而规划的。低通滤波器供给了在一切分辨率下完结高效功用一切必要的噪声整型。因为超高精度的1.8 MS/s的调制器供给了极高的分辨率，所以并不需求运用下降电路。1.8 MS/s的调制器与快速采样ADC能够在高速条件下结合在一起，供给了接连采样数字化。数字信号处理器（DSP）供给了实时序列、标定、线性化、沟通实在rms核算、抽取以及用于直流函数的加权噪声滤波器。

FlexADC具有以下长处：

• FlexDMM一起的体系结构在七位半分辨率下供给7 S/s直至在四位半分辨率下供给10 kS/s的接连可变读取速率，如图5所示。
• 您能够将FlexADC作为数字化仪以最高1.8 MS/s的采样速率进行作业。
• 因为运用了定制的sigma-delta调制器，噪声定型与数字滤波为数字万用表和数字化仪运用运用进行了优化。
• 与其他ADC转化技能不同，无需将输入信号翻开或封闭。因而，您能够完结接连信号收集。
• 您能够完结直接ACV转化和频率呼应标定，而无需运用传统的模仿沟通Trms转化器和用于平整度批改的模仿“修边器”。
• 经过运用适宜的噪声成型算法，您能够大大下降在一切函数中的输入信号噪声（见直流噪声遏止）。
• 在对信号进行数字化之后，您能够用NI LabVIEW软件完结依据主机的高档函数，然后得到几乎没有尽头的信号特征选项（快速傅立叶改换、核算阻抗、沟通峰值系数、峰值、沟通均匀等等）。

表2比较了四种ADC的体系结构：

4. 低噪声、高牢靠性的前端体系结构

一切FlexDMM都带有最为安稳的板载参看源。FlexDMM作为电压参看源能够运用能够供给杰出功用的闻名的热安稳参看源。这个电压参看源经过热屏蔽，能够供给最佳功用。终究得到的最大参看温度系数小于0.3 ppm/ºC。这个设备的时刻安稳性在8 ppm/年这个数量级上。在相同价格规模内的其他数字万用表都无法供给这个参看源及由其所带来的安稳性。这便是FlexDMM供给两年精度保证的原因。

电阻函数是以一个10 kΩ高度安稳的金属丝电阻为参看的，它原来是为要求严厉的航天运用而规划的。这个组件的温度系数低于0.8 ppm/ºC，时刻安稳性小于25 ppm/年。

固态输入信号调度

在大多数传统数字万用表中的首要丈量差错源是电磁继电开关。因为触摸感应的热电压偏置或许会导致不安稳和漂移。FlexDMM设备去掉了除了DCV、ACV和电阻回路中的一个继电器之外一切的继电器。在这个继电器中，特别的继电器触摸装备能够抵消热差错。这个继电器只要在自我标定的时分才翻开。一切用于函数和规模改换的丈量相关的开关都是由低温、高牢靠性的固态开关完结的。因而，电磁继电器老化问题能够彻底消除。图6显现了最为活络规模100 mV规模内，一昼夜的功用漂移。每个切割是500 nV。在相同条件下，运用传统的六位半数字万用表和全机架八位半数字万用表的相同丈量成果如图6所示。

线性性

线性性作为数字万用表传递函数“质量”的衡量，在转化组件特征运用中非常重要，能够供给比较商用ADC更好的DNL与INL（根本非线性性）功用。FlexADC是为坚持DNL和INL的杰出线性性而规划的。因为线性性决议了自我标定功用的可重复性，因而非常重要。图7曲线展现了在10 V规模内，从-10 V到+10 V丈量得到的典型FlexDMM线性性曲线。

传统的六位半和七位半数字万用表是在特定温度下标定的，标定是在必定约束的温度规模内完结的，一般为±5 ºC（在某些景象下乃至是±1 ºC）。因而，在数字万用表在这个温度规模之外运用时，因为温度系数的影响，其精度规范也会下降，一般关于每ºC，精度规范大约下降10％。因而，在指定规模之外10 ºC左右，就或许发生指定丈量差错两倍的差错，这在需求肯定精度的景象下是个严峻的问题。

假如温度改动超出了这些规模，一起还需求严厉的差错规范，就需求在新的温度下进行从头标定。举例而言，关于传统七位半数字万用表的10 VDC规模，数字万用表或许具有如下精度：
一年精度：关于温度 = 23±5 ºC（读数24 ppm + 规模 4 ppm）

在这种规范下，假如您在输入施加5 V，得到的差错是：
5 V 的24 ppm + 10 V的4 ppm = 160 µV，在温度规模18至28 ºC

这是一种指定精度的传统办法。假如环境温度超出了18至28 ºC的规模，您就需求运用温度系数（tempco）对精度“降级”。要在18至28 ºC的规模之外得到指定精度的仅有传统办法是对体系在期望温度下进行彻底从头标定。当然，这一般是不现实而且贵重的。在上述比如中，或许因为将很多仪器堆积在一起，可是通风欠安，数字万用表的环境温度是50 ºC，那么温度系数为：
温度系数 = (读数2 ppm +规模1 ppm)/ºC，额定差错为：

22 ºC x 温度系数 = (读数44 ppm +规模22 ppm)，即600 µV的总不确定性。在50 ºC环境温度下，差错或许比指定的一年精度差四倍。

保证PPM级其他精度

为了消除因为这些效应导致的差错，一切FlexDMM设备都为直流电压（VDC）、电阻、二极管和数字化仪办法供给了专用自我标定功用。因为以下原因，这个功用是重要的：

1、自我标定功用批改一切的信号途径增益和数字万用表内部的偏置差错，调整为之前描绘过的准确高安稳性的内部电压参看源。

2、自我标定关于一切电阻电流源、增益和偏置差错都是有用的。关于电阻而言，一切差错都依照内部单一的10 kW准确电阻进行批改。

3、自我标定需求一分钟，而且对一切规模的电压、电阻和数字化仪功用进行从头标定。在传统的数字万用表中，完结这个功用需求10分钟以上。

运用自我标定，即使是在传统的18至28 ºC之外的温度规模，也能够得到可用于任何作业温度的准确安稳的数字万用表。关于上述实例而言，运用自我标定因为温度系数带来的额定差错，将彻底适用于90天和两年规范：

运用自我标定的温度系数：< (读数0.3 ppm + 规模0.01 ppm)/ºC
这代表了在整个FlexDMM的作业温度规模内精度的大幅进步。表3总结了这些成果。

表3：实例总结——在10 V规模内丈量5 V的不确定性剖析

留意运用带有自我标定功用的FlexDMM在50 ºC下的精度，比较传统办法而言前进了七倍。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. 电压丈量体系结构

在供给高安稳性、衡量等级的直流和沟通电压功用时，并没有对其它方面折衷。使FlexDMM能够到达这样功用的几个重要因素包括：

• 微型外表装置、高功用、准确组件的可用性和质量在曩昔的10年中得到了巨大的前进
• 尺度更小而且严密摆放的电子封装实践上前进了功用，尤其是在准确组件之间的热量盯梢
• 为ACV核算和频率呼应标定运用FlexADC和DSP将信号调度简化为一个公共通道，因而减少了组件、杂乱性和切换
• 不运用“前—后”开关（在箱式数字万用表中非常常见），简化了输入布局，下降了要害电路信号途径阻抗，前进了信号完好度
• 作为PXI体系机箱中的常见组件，电源在丈量模块上不占用空间

高电压体系结构

运用NI PXI-4071，您能够丈量1000 VDC以及CAT I等级下的700 VAC Trms。为了在超小型PXI模块中准确丈量1000 V，您有必要考虑组件毛病、电压别离、衰减器规划以及前端电路的功率耗散约束。

单一10 MΩ输入衰减器

曩昔，数字万用表在前端信号调度电路中运用1 MΩ和10 MΩ衰减器。1 MΩ衰减器用于为700 VAC信号供给信号调度，耗费超越0.5 W。关于微型准确组件而言，这是一个困难的要求。操控温度系数带来的差错关于较大的组件而言也是一项应战。因而，需求避免运用1 MΩ衰减器。另一个在传统数字万用表中运用1 MΩ衰减器的原因是宽沟通带宽。传统的10 MΩ衰减器规划无法到达1 MΩ衰减器规划相同的沟通带宽等级。

PXI-4071 FlexDMM运用立异的分级规划去掉了在传统规划中下降宽带宽功用的衰减器电容。这个环节在图8中显现，经过细心的规划和布局，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。运用附加的由R1-R4以及U1构成的分级环节，能够保证平稳的阶跃呼应。更为重要的是得到的特征呼应与单极RC非常挨近，这关于数字化仪和直流阶跃呼应是非常重要的。

图8：PXI-4071分级环节

第二，PXI-4071运用数字沟通DSP平整度批改，在不运用补偿电容的情况下，对剩余衰减器平整度进行补偿。在要求单一衰减器能够完结沟通rms、准确直流和数字化仪信号的情况下，这两种补偿办法与其他办法比较，带来了数量级上的进步。

组件毛病与电压别离

高电压丈量最严峻的问题是规模挑选开关（继电器）毛病。曩昔，数字万用表运用高电压继电器。高电压继电器开关与高牢靠性很难在同一个封装中一起得到，更不用说在微型封装中了。

为了满意这两个要求，PXI-4071完结了全新的固态设备用于规模挑选。在封闭状态下，它能够接受1000 V以上的电压。这个设备不存在传统电磁继电器的牢靠性问题，因为不存在高电压开关简略损坏的触摸部分，也不存在触摸寿数约束。固态输入信号调度的第二个长处是优异的低压直流热功用，在缺乏5000美元的设备中，这种1000 V数字万用表组合是前所未有的。

经过运用固态高压开关，避免运用1 MW切割器，运用DSP避免运用标定组件，您能够在添加板卡外表区域可用性的情况下，满意电压距离的要求。您现在能够对布局进行调度，满意CAT I对1000 V PXI仪器的要求。

直流噪声遏止

直流噪声遏止是在一切FlexDMM设备上用于直流丈量的专用NI特性。FlexDMM回来的每个读数实践上是多个高速采样的数学成果。经过调度这些采样的相对加权，您能够调度对不同搅扰频率的活络度。有三种不同的加权办法能够运用——一般、二阶、高阶。

一般

假如您挑选一般直流噪声遏止，一切采样平等地进行加权。这个进程与大多数传统的数字万用表类似，供给了f0倍数频率下的杰出遏止，其间f0= 1/t孔径，孔径时刻关于丈量是选定的。图9显现了一般加权和噪声遏止成果关于频率的函数。留意仅在接近f0倍数的频率下能够得到较好的遏止。

二阶

二阶直流噪声遏止对丈量采样运用了三角加权，如图10所示。留意在f0的偶数倍频下得到了非常好的遏止，一起比较一般采样加权而言，跟着频率添加，遏止前进得很快。请留意，呼应规模比较一般加权更宽，这样能够在噪声频率下对细微改动得到更低的活络度。假如您期望得到比一般直流噪声遏止更好的电源线噪声遏止，您能够运用二阶直流噪声遏止，可是无法经过下降采样速度得到高阶噪声遏止。举例而言，关于60 Hz的电源线频率，您能够将孔径设置为33.333 ms。

高阶

图11显现了高阶采样加权和得到的噪声遏止关于频率的函数。请留意噪声遏止从4f0邻近开端加强，在4.5f0以上变得很强。运用高阶直流噪声遏止，在高于4.6f0的任何频率下，关于噪声几乎没有活络度。在任何高于46 Hz的频率，带有高阶直流噪声遏止、100 ms孔径（10读数/s）的FlexDMM能够在电压规模10V，搅扰电源线噪声大于1 V的情况下，供给彻底的六位半精度。这相当于一般办法遏止办法高于110 dB的水平，对电源线频率的改动不活络。

表5总结了三种直流噪声遏止设置之间的不同。

表5：直流噪声遏止设置

沟通电压丈量

沟通讯号一般用rms幅值表明，这是其总能量的衡量。RMS代表均方根；要核算一个波形的均方根，您有必要对信号电平的平方求均匀值，然后取其平方根。虽然大多数数字万用表运用模仿域的非线性信号处理，FlexDMM运用板载DSP核算沟通波形数字化采样的rms数值。成果是安静、准确、快速安稳的沟通读数。数字算法主动遏止信号中的直流重量，使它能够绕过安稳较慢的输入电容器。为了丈量包括大直流偏置的小沟通电压——例如直流电源的纹波，FlexDMM供给了规范沟通电压办法，耦合%&&&&&%能够消除偏置，因而FlexDMM能够运用最活络的规模。

FlexDMM运用的rms算法要求波形的四个周期（循环）得到一个安稳的读数。举例而言，它要求4 ms的丈量孔径，准确丈量一个1 kHz正弦波形。这个办法带来的长处是能够前进体系功用。运用传统的数字万用表，有必要要等候模仿Trms转化器安稳，之后才干进行丈量。运用FlexDMM，则不会发生Trms转化器安稳时刻。FlexDMM能够更快得到沟通读数的长处在运用开关的体系中非常显着。

进行rms核算的数字办法也供给了准确的长处。这个算法与峰值系数全然无关，并能够得到非常安稳的读数。传统的数字万用表能够保证沟通精度是整个量程的10％，FlexDMM保证沟通精度是整个量程的1％，乃至在全量程0.1％以下，也能够得到有用读数。

7. 电流丈量体系结构

扩展数字万用表电流丈量的动态规模是为了满意不断添加的用户需求。在大电流端，您或许需求监督电池、电路或是电磁设备负载功用。现在的集成电子设备需求更多功率。因而，对高于1 A的设备进行测验和特征剖析的需求正在添加。在小电流端，许多现在的运用程序，例如半导体设备“封闭”特性需求到达微安或纳安的水平。

PXI-4071能够经过完结全新的固态电流丈量装备，能够供给从1 µA至3 A的八种直流电流规模和从100 µA至3 A的六个沟通rms电流规模。1µA规模能够供给到达1 pA（10-12A）的活络度。要一起供给大电流和小电流支撑需求一种一起的电路规划办法。高电压、过流维护和低走漏丈量在前史上是相互排挤的。FlexDMM完结了一起的规划办法，在图12中给出了方块图。这张大大简化的示意图显现了在PXI-4071中运用的五个电流规模。

图12：简化的PXI-4071电流信号调度

为电流规模挑选运用固态设备，能够在较小的物理空间中到达更高的牢靠性和改善的维护。此外，两种电流规模挑选设备Q3以及Q4，实践上是在过载时作业，然后能够维护高安稳性的电流传感电阻，为最为严苛的运用供给所需的鲁棒性。

8. 1.8 MS/s阻隔数字化仪体系结构

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收集直流耦合波形的功用。您能够简略地改动采样率，将数字化仪分辨率从10比特前进到23比特，如图13所示。有了阻隔数字化仪功用，因为不用购买别离的数字化仪，减小了测验体系尺度和维护本钱，FlexDMM能够最小化全体测验体系本钱。

经过将LabVIEW图形化开发软件与FlexDMM的阻隔数字化仪办法结合在一起，您能够在时域和频域中剖析瞬态和其他不重复高压沟通波形。其他高分辨率数字万用表都不会具有此项功用。

举例而言，轿车职业中常用的运用是丈量焚烧线圈的回扫电压。焚烧线圈运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。次级线圈一般比主线圈的圈数多，因为相关于主线圈的圈数比乘以电压能够得到输出电压。当电流忽然消失时，磁场的改动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。

因为在次级线圈上的电压非常高，测验实践上是在主线圈上完结的。依据焚烧线圈不同，回扫波形一般在10µs数量及和40至400 V的峰值电压。在这个波形上完结的丈量一般是峰值焚烧电压、保存时刻和完毕时刻。运用FlexDMM数字化仪功用和LabVIEW剖析函数，您能够树立回扫电压丈量体系。

阻隔数字化仪的长处

有了阻隔特性，您能够安全地在存在大共模信号的情况下，对小电压进行丈量。阻隔的三大长处是：

• 增强遏止——阻隔前进了丈量体系遏止共模电压的才能。共模电压是“一起”存在与丈量设备正级输入和负极输入，但并非丈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。
• 改善安全性——阻隔树立了绝缘屏障，您能够在维护设备免受大瞬态电压毛刺的影响，进行起浮丈量。恰当阻隔的丈量电路一般能够接受高于2 kV的毛刺。
• 前进精度——阻隔经过避免物理接地回路，前进了丈量精度。接地回路是常见的差错和噪声源，是因为丈量体系包括多个不同电势的地带来的成果。

9. 电阻丈量体系结构

FlexDMM包括完好的电阻丈量特性。它供给了2线和4线电阻丈量功用。4线技能用于运用长导线和开关导致“测验端”电阻偏置，导致丈量小电阻丈量困难时运用。可是，有时参加偏置电压也会导致很大的差错。

偏置补偿电阻
在这些景象下，FlexDMM供给了偏置补偿电阻丈量，它关于许多电子丈量运用中的偏置电压不活络：

1. 开关体系运用无补偿的螺线继电器（无补偿螺线继电器或许包括高于10µV的补偿电压，它是由在设备玻璃罩中运用的Kovar接头资料导致的）
2. 回路电阻丈量（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丈量）
3. 丈量电池的源电阻、前向偏置二极管的动态电阻等等

在上述的景象1中，（测验体系一般运用优化的开关建立，而不是单纯为了电阻丈量的使命）请查看该句。举例而言，螺线继电器因为其可猜测的阻抗特性和高牢靠性，在射频测验体系中非常常见。在这样的体系中，您或许还会期望能够期望丈量被测单元的电阻，而一起，螺线继电器也或许现已在体系中运用。

在景象2中，一个实例是在加电的情况下，对电源总线的电阻进行丈量。（留意：您需求在进行这些测验的时分特别当心。）假定电阻是10 mΩ规模邻近，假如有100 mA电流经过这个电阻，两头的电压降是：

在100规模的无偏置补偿的数字万用表会以为电阻为1 Ω，因为它以为电压是由它内部的1 mA电流源经过被测导线发生的，无法判别其间的差异。在启用FlexDMM和偏置补偿电阻之后，就能够区别并遏止1 mV偏置，然后能够得到正确的电阻值。

图14：电图15：电流封闭的第2次丈量循环 图15：电流封闭的第2次丈量循环

这个丈量包括两个过程。第一步在翻开电流源的情况下丈量，如图14所示。第二步在封闭电流源的情况下丈量，如图15所示。终究成果是两次丈量的差。因为偏置电压在两次丈量中都存在，能够将它除掉，不进入电阻核算，如下所示。

VOCO= VM1- VM2= (ISRX+ VTHERMAL) – VTHERMAL= ISRX

因而：

RX= VOCO/IS

10. 总结

NI依据FlexADC技能，开发了全新高功用的单槽3U PXI-4071 FlexDMM。运用商业可用的高速数字化仪、DSP技能和主机核算机的处理才能，传统数字万用表的许多常见的导致差错模仿模块现已被替代。自我标定能够供给在整个0至55 ºC作业温度规模内的最佳精度，其标定周期为两年。作为国际规模内最快、最准确的PXI数字万用表，因为结合了许多非常安稳的内建参看元素，所以和其它大部分传统数字万用表比起来，具有更强壮的特性和功用。