經驗分享:教你如何測量高精度直流電壓
發布時間:2014-02-28 責任編輯:sherryyu
一位同事曾經問道,“測試中我該如何測量微伏電壓?”高精度直流電壓測量可能十分複雜。測量過程中,時間就是金錢。因此,實現快速準確的測量一直是一項挑戰。
傳chuan統tong的de優you化hua技ji術shu采cai用yong了le高gao精jing度du放fang大da器qi電dian路lu和he速su度du更geng快kuai的de測ce量liang裝zhuang置zhi。要yao在zai最zui短duan的de時shi間jian內nei實shi現xian最zui佳jia測ce量liang,上shang述shu二er者zhe仍reng然ran是shi必bi要yao條tiao件jian,但dan尚shang不bu足zu夠gou。穩wen定ding延yan遲chi時shi間jian和he信xin號hao噪zao聲sheng之zhi間jian的de逆ni反fan關guan係xi取qu決jue於yu測ce量liang裝zhuang置zhi驅qu動dong電dian路lu的de等deng效xiao噪zao聲sheng帶dai寬kuan。被bei測ce器qi件jian(DUT)和測量儀器定義了係統特性,把穩定延遲時間和寬帶噪聲緊密聯係在了一起。
如果電路帶寬為零,噪聲也將為零,我們可能利用一個樣本來進行測量,但電路將永不會穩定,直流誤差將達100%。yiner,guodidedaikuanjiangzaochengceliangshijianguochang。lingyifangmian,ruguodianludedaikuanwuqiongda,wendingyanchishijianjiangweiling,buguokuandaizaoshengyejiangshiwuqiongda,zheyangwomenjiuquefazugoudeceliangzhilaijinxingpingjun。yushi,fangdaqisuduyuekuai,gaojingduxiadianyaceliangsuoxudeshijianshijishangkenengfaneryuechang。
讓我們來探討一下這種關係。在測試序列中,DUT的輸出必須在一個電壓階躍之後穩定在預定義的誤差範圍內。假設是單極階躍響應,穩定時間將直接取決於帶寬的大小。
每一次電壓測量都包含有DUT、放大器和電阻產生的寬帶噪聲。放大器產生電壓電流噪聲;電阻產生Johnson噪聲。由於濾波器的滾降特性不是無限陡峭的,在–3dB截止值之後的區域,噪聲變得不太重要。有效噪聲帶寬把這一區域的噪聲也考慮在內了。
若定寬帶噪聲和有效噪聲帶寬一定,則所需的樣本數量由測量容許誤差決定。基本統計給出了噪聲數量一定時,要獲得98%的de置zhi信xin水shui平ping所suo需xu要yao的de平ping均jun樣yang本ben數shu量liang。平ping均jun值zhi的de這zhe種zhong偏pian差cha反fan映ying了le單dan直zhi流liu電dian壓ya測ce量liang的de可ke重zhong複fu性xing。實shi現xian高gao分fen辨bian率lv測ce量liang的de問wen題ti很hen多duo,本ben文wen無wu法fa麵mian麵mian俱ju到dao。下xia麵mian我wo們men將jiang討tao論lun解jie決jue總zong體ti問wen題ti的de重zhong要yao性xing。
穩(wen)定(ding)延(yan)遲(chi)時(shi)間(jian)。如(ru)果(guo)電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)某(mou)個(ge)元(yuan)件(jian)存(cun)在(zai)穩(wen)定(ding)時(shi)間(jian)問(wen)題(ti),就(jiu)會(hui)增(zeng)加(jia)了(le)總(zong)體(ti)的(de)測(ce)量(liang)時(shi)間(jian)。壓(ya)擺(bai)率(lv)有(you)限(xian)是(shi)常(chang)見(jian)的(de)原(yuan)因(yin)。一(yi)般(ban)總(zong)是(shi)采(cai)用(yong)小(xiao)信(xin)號(hao)穩(wen)定(ding)時(shi)間(jian)來(lai)計(ji)算(suan)。電(dian)介(jie)質(zhi)吸(xi)收(shou)是(shi)一(yi)個(ge)有(you)害(hai)問(wen)題(ti),故(gu)需(xu)謹(jin)慎(shen)選(xuan)擇(ze)濾(lv)波(bo)器(qi)電(dian)容(rong)。
穩定目標。這些目標值的設定很容易過於偏小,如0.0001%,結(jie)果(guo)引(yin)起(qi)測(ce)量(liang)時(shi)間(jian)的(de)動(dong)態(tai)增(zeng)加(jia)。由(you)於(yu)目(mu)標(biao)受(shou)步(bu)進(jin)大(da)小(xiao)影(ying)響(xiang),在(zai)步(bu)進(jin)大(da)小(xiao)為(wei)測(ce)量(liang)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei)的(de)一(yi)小(xiao)部(bu)分(fen)時(shi),應(ying)采(cai)用(yong)較(jiao)大(da)的(de)目(mu)標(biao)。可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)對(dui)不(bu)同(tong)的(de)測(ce)量(liang)序(xu)列(lie)分(fen)別(bie)設(she)置(zhi)帶(dai)寬(kuan)。
誤差電壓。對所有測量值來說,容許誤差電壓往往設置得太小。統計數據表明,若使用若1.6的Student T表值,98%的時間內測量偏差將在容許誤差範圍內。
電壓參考。這可能引入噪聲。在D/A轉換器的情況中,這些噪聲可能與代碼有關。
kuandaizaosheng。shiyonggaozhipinpufenxiyizhijieceliangdianludekuandaizaosheng。dianxingdianluzaoshengyuanshuliangxiangtongdeqingkuangxia,yongzhizhangjinxingjingquejisuanshixiangdangrongchangfaweide,qierongyichucuo。
測(ce)量(liang)精(jing)度(du)和(he)分(fen)辨(bian)率(lv)。測(ce)試(shi)工(gong)程(cheng)實(shi)踐(jian)一(yi)般(ban)要(yao)求(qiu)測(ce)量(liang)裝(zhuang)置(zhi)的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)數(shu)量(liang)級(ji)大(da)於(yu)容(rong)許(xu)誤(wu)差(cha),但(dan)事(shi)實(shi)上(shang)總(zong)是(shi)假(jia)定(ding)測(ce)量(liang)裝(zhuang)置(zhi)的(de)精(jing)度(du)和(he)分(fen)辨(bian)率(lv)遠(yuan)小(xiao)於(yu)實(shi)際(ji)測(ce)量(liang)中(zhong)的(de)容(rong)許(xu)誤(wu)差(cha)。
放(fang)大(da)器(qi)。在(zai)信(xin)號(hao)鏈(lian)中(zhong)使(shi)用(yong)低(di)噪(zao)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)。這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)好(hao)辦(ban)法(fa),可(ke)使(shi)電(dian)阻(zu)值(zhi)保(bao)持(chi)很(hen)低(di),但(dan)又(you)沒(mei)有(you)低(di)到(dao)因(yin)放(fang)大(da)器(qi)產(chan)生(sheng)電(dian)流(liu)驅(qu)動(dong)和(he)熱(re)問(wen)題(ti)的(de)程(cheng)度(du)。
測(ce)試(shi)成(cheng)本(ben)的(de)要(yao)求(qiu)需(xu)要(yao)對(dui)傳(chuan)統(tong)的(de)緩(huan)慢(man)高(gao)精(jing)度(du)測(ce)量(liang)進(jin)行(xing)優(you)化(hua)。這(zhe)種(zhong)技(ji)術(shu)讓(rang)我(wo)們(men)得(de)以(yi)把(ba)測(ce)量(liang)時(shi)間(jian)減(jian)至(zhi)最(zui)短(duan),節(jie)省(sheng)了(le)金(jin)錢(qian),同(tong)時(shi)也(ye)是(shi)測(ce)試(shi)設(she)計(ji)中(zhong)的(de)一(yi)次(ci)嚐(chang)試(shi)。
半導體行業正處於20位直流電路生產的轉折之際。接下來的問題是需要具有良好專業能力的測試工程師。
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