高性能数字万用表在便携式设备测量中的应用技巧

便携式设备测量的广泛应用

        高性能通用型数字万用表(以61/2位为例)，对许多应用来说，它们有极高的性价比。无论是航空航天、通信、汽车、工业部门或消费电子领域中，均存在便携式设备的使用。在这些领域中的便携式设备，均离不开应用高性能数字万用表对其各中重要参数的测量。同时也包括需要进行DC和AC的测量。在迸行测量中发现使用高性能数字万用表会非常容易，性能也很高。而本文将其高性能数字万用表在便携式设备部份参数测量应用技巧作分析介绍。

无需PC的简单数据记录

        因怀疑空调机产生快速和宽范围的温度改变，故需测量计算机服务器机房的温度变化，但却在在午餐时间内。如何能立即开始测量，又不耽误预定的午餐时间呢？应拿起高性能数字万用表、探头和电源线，把它们带到计算机机房，定好传感器探头位置，选择温度测量功能和传感器类型，按Data Log键(见图1所示面扳)，设置1小时测量其间隔为1秒；按Trigger键开始测量过程，然后仍可去午餐。等测量已经完成，读数都已保存在非易失存储器中，把数字万用表带回办公室，接上LAN，启动PC的浏览器把读数从浏览器剪切和粘贴到工程师的电子表格，交付打印的图表。不需要用计算机进行测量设置，高性能数字万用表体积小，携带方便，工程师不需要为收集数据编写或加载程序。

与峰值测量相组合的DCV测量。

        直流电源的输出往往存在着纹波。这些纹波电压规定为某一特定或更低的电平，并需要进行测试。交流信号的频率通常与电网相关，但开关电源会有更高的频率。例如图2所示带有交流成分的直流信号。

        常用的测量方法是进行DCV和ACV RMS(峰值)这两项测量。但这种测量方法也受到一些限制：两次测量要花较多的时间，特别是改变功能和量程时；一般ACV RMS测量缺少重要的峰值信息；还需花时间通过数字处理得到峰值信息。

        数字万用表提供称为峰值测量的辅助测量功能，它能在进行精密DCV(或ACV)测量的同时激活。这里是对上述方法的改进：启用峰值测量功能，用一个或多个工频积分时间进行精确的DCV测量，用以抑制供电电源频率和随机噪声；取回DCV和峰值测量数据。

        峰值测量产生在DCV测量积分时间期间的20μs间隔，因此任何可检测峰值的宽度至少应达到20μs 。

        从这两项测量可确定的情况包括：DCV和峰峰数据在容限内—通过；DCV正确，但峰峰值超出极限—失败；DCV略有超差，但峰峰值很好—失败。

        第二和第三种情况的峰峰纹波电压存有疑问。第二种情况可能有过大的噪声尖峰，因为它未能从输出中滤除。第三种情况可能属失真，它产生的非对称AC成分在DCV测量中增加了DC成分。而此时的纹波可能仍保持同样的峰峰电压。主测量失败时需要有信号的更多信息。高性能数字万用表提供50K读数/秒的波形捕获，可通过采样得到其它诊断信息。

        最小化其测试时间是生产制造中追求的目标，因此与单独进行DCV和ACV测量，或数字化和处理信号相比，精确DCV测量和峰值测量的组合能显著减少测试时间。所得到的另一好处是峰峰信息能更好说明电源输出信号的质量。

使用电平触发的精确测量—手持式装置电池工作期间的耗用电流

        下面的波形(图3)代表手持式装置电池工作期间的耗用电流。要求是测量脉冲的平均直流值一仅在脉冲持续期间。这一脉冲没有可用作同步外触发的相关5V逻辑信号事件。最初会想到用大量高速测量捕获这一异步事件是唯一可行的解决方案，继而在计算机中处理波形得到结果。

        对带有模拟电平触发的数字万用表而言，这是相对简单的测量。不需要由外部TTL脉冲启动触发。把该数字万用设置为在脉冲上升沿的某一点(量程百分数)处触发。用触发延迟保证测量在脉冲的“平坦”部分开始，把模数转换器积分时间设置为能最大化测量精度，而不超出脉冲宽度持续时间的值。在这一例子中，对触发电平的100μs延迟把测量起点放在上升沿通过后。数字万用能用1ms积分时间进行6l/2位的测量。此外，任何DC 测量都允许用峰峰测量功能捕获信号的峰峰成分，如前面的例子所述。

用直接采样ACV测试荧光灯的镇流器

        在荧光灯关闭时，灯管内的水银/蒸汽混合物号是不导电的。在加电时，需要用300VAC的电压启动水银辐射的气体放电。通过低压水银蒸汽的电流放射紫外光。内部磷涂层有效地把大部分紫外光转换成可见光。根据灯管的瓦数，启动后只需要用低得多的电压，通常为100VAC至175VAC的电压保持放电。

        需要用数字万用表测试镇流器电压，以保证向灯管施加正确的电压。这是一项ACV测量。许多数字万用表，在ACV测量时都使用模拟RMS转换器。虽然这些转换器能够测量高达1MHz的频率成分，但不能告诉数字万用表有关输入中存在短持续期高压尖峰的情况。这些短持续期尖峰对RMS成分的影响很小，因此得到的电压测量结果与预计电压可能有相当大的偏差。

        例如，镇流器除了起辉所需的300VAC信号外，还可能产生lkV甚至更高的尖峰。数字万用表得到的读数可能为300VAC，偶而也读到301VAC。测试系统就认为一切良好—都在容限以内。但却没有看到巨大的电压尖峰对数字万用表输入部分的冲击。如果数字万用表没有有效的输入保护，在连续冲击下的输入电路就有可能损坏。

        该数字万用表用直接采样技术进行AC RMS测量。相对于模拟RMS计算，直接采样技术带来了四项好处：10倍快的AC测量，对高频正弦波的精度改进，峰峰信息，以及波峰因素不会使精度降级。

        对输入信号的过采样能检测到窄而高的电压尖峰，使数字万用表能够把尖峰作为过载错误条件响应。这一信息告诉测试工程师在数字万用表的接线或镇流器内有问题存在。解决方案非常简单，只需在夹具中增加一级滤波，以抑制到达数字万用表输入端的尖峰。总之，测试工程师可从数字万用表提供的信息“看到”信号中的真实成分。直接采样AC技术提供对信号成分的可视能力，并能同时进行有效值和峰值测量。

可测试手持式装置各种工作条件下的耗用电流—能类似示波器波形捕获的电平触发

        宇航和汽车应用有大量的机电信号。它们来自振动、拉伸和压缩试验台的机械部件。这些信号的频率成分相当低，通常低于8kHz。例如典型加速度计的带宽为2.5kHz。对于这种类型的信号(见图4所示)，数字万用表提供具有如下能力的波形捕获：50kHz采样率41/2位，使用低抖动的采样定时器；相对平坦的带宽响应(<0.1dB，3kHz；<0．6dB，8kHz)；模拟电平触发；预触发和后触发采样；1M读数保存；270k读数/秒访问读数保存。

        除了物理量测量外，功能测试应用中产生的电信号通常也低于8kHz：300Hz至3kHz的语音信号，手持式装置，例如移动电话、数码相机或PDA中的电池耗用电流，以及其它低频成分的信号。在电子工业中经常需要进行手持式装置耗用电流测量：因为长的电池寿命是客户满意度的一项重要因素。了解手持式装置各种工作条件下的耗用电流是非常重要的。

        一些电源能够采样向被测装置提供的电流波形-并达到微安级的精度。例如AgilentN6700电源就有这样的能力。但这种测量仅限于电源输出的电流。当测试系统确定从电池流出过大的电流时，测试手持式装置各部分的许多其它测试点看到的应是好或是不好、需要多长时间。这就要求波形捕获检查电流的定时。

        图4中的波形是数码相机的耗用电流，它仅在拍照时激活。此时它是电流分路器上的电压。波形代表着自动聚焦的机械运动、处理照片、驱动显示和状态LED，以