【应用】Keysight 34465A和34470A Truevolt系列数字万用表实现小电流,低噪声,高精度DMM测量

2020-07-21 Keysight
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许多应用,尤其是便携式设备,都以非常低的功率工作以延长电池工作时间。在设计和测试此类设备时,您需要一种能够测量非常小的电流(可能在微安范围和皮安分辨率内)的仪器。它也不应加大测量中的噪声或在测量中引入噪声。

在测量非常低的电流时,尤其是在微安范围内时,您需要了解影响测量精度的三个主要方面:

1、负载电压–这是电流流过数字万用表(DMM)的分流电阻器时产生的电势变化。

2、噪声–在测量小电流时,测量电路不希望的外部或内部噪声会影响精度。

3、动态范围–在测量动态电流时,确保适当的范围设置以获得最佳精度始终是一个挑战。

电流测量仪器的类型很多,包括带有电流探头的示波器,源测量单元,直流功率分析仪和专用电流波形分析仪。但是,当需要考虑预算或灵活性时,可以使用DMM来完成许多此类测量。


解决影响电流测量精度的主要问题的技巧

这些技巧解决了使用数字万用表准确测量小电流时的三个问题。

负载电压

在线电流测量要求用户打开被测电路,并将测量仪器引线串联放置。理想情况下,数字万用表在电路中将表现为完全短路。现实情况是,电流分流器,开关,保险丝和仪表导线始终会有一些很小但影响很大的电阻。负载电压是由于此附加阻抗而在DMM两端发生的电压降。在高度敏感的组件上测量低电平电流时,必须注意负载电压的影响。

图1显示了在电路的返回路径中串联放置的DMM。通过在电源的低端之上添加一个小的电压,设备的低端可能会大大超出您的设计公差。

图1 DMM的分流电阻器串联放置在电路的返回路径中


考虑将DMM串联移动到电源的正极。如果可以增加电压以适应负载电压,则可以向设备提供正确的电压并测量电流。


噪声

在测量低电流时,您的测量更容易受到环境噪声的影响。一些数字万用表品牌可能会将注入电流的噪声引入测量电路中。

这些类型的外部噪声源可能会影响您的测量:

磁场噪声–这种噪声可能来自普通的大电流电器,例如电动机,发电机,电视和计算机显示器。避免进行测量或将电路和DMM电缆与这些磁场源隔离。

接地环路噪声–在万用表和被测设备(DUT)均以公共接地为参考的电路中测量小信号时,会形成接地环路。这可能足以引起测量错误。避免此问题的一种方法是将测量电路与大地隔离。如果您不能避免进行接地隔离测量,则将DMM和DUT在电路接地方面尽可能地靠近,以最大程度地减少接地环路。

热电噪声–当异种金属的电路连接经受较高的温度变化时,会出现这种噪声。高温变化会使热噪声变得更加明显。最佳方法是使用类似的铜-铜压接电路连接。

不幸的是,并非所有的测量仪器设计都能防止注入电流噪声。图2显示注入电流取决于电源线的配置和频率。万用表电源变压器中的残留电容会导致小电流从LO端流到地端。


图2. DMM的LO端子引入接地的注入电流



动态范围

图3显示了便携式无线电收发器的典型电流曲线。如您所见,由于睡眠,待机和活动模式的范围很广,因此电流消耗很复杂。电流的动态范围很宽,因为工作电流消耗约30至40 mA,而待机电流仅为1至10μA。

图3.便携式无线电的典型电流消耗曲线


为了使用DMM获得两个量程的准确读数,您需要对不同量程进行多次读数扫描。捕获当前配置文件的一种方法是多次运行DUT,以分别捕获睡眠和待机模式,然后捕获当前的工作模式。

在第一个捕获中,将DMM设置为100mA范围和0.001PLC(每个样本20μs)。此设置捕获完整的电流信号,包括30到40 mA的有效模式值,但在较低电流测量时分辨率较低。捕获读数后,您可以将数据保存到内存中并在PC上进行分析。

接下来,可以将DMM设置为较低的待机和睡眠电流范围。这样可以捕获大约2至10μA的极低电流。任何超出此范围120%的测量值都会导致过载情况。


KEYSIGHT Truevolt系列数字万用表如何帮助您测量低电平电流?

Keysight的34465A34470A Truevolt数字万用表可以以pA分辨率测量极低的电流,范围为1 µA,从而使您能够在极低功率的设备上进行测量。

Keysight的34465A和34470A Truevolt数字万用表还具有先进的触发和数字化功能,使您能够在所需的精确定时事件处捕获电流波形。您可以以高达50,000个样本/秒的速度数字化捕获的电流波形,并且每个触发器最多可以存储1,000,000个样本的波形。

Keysight的Truevolt技术解决了由这些实际因素造成的测量误差,因此您可以对测量充满信心。仅在Keysight DMM上可用。

在现实世界中,信号永远不会平坦。电力线噪声,其他环境噪声或电表注入电流会在顶部产生一定程度的交流信号。仪表如何处理这些无关的因素并将其从真实测量中消除,这会在精度上产生很大的影响。图4在噪音和注入电流方面将Truevolt数字万用表与同类数字万用表进行了比较。与替代方案相比,Truevolt数字万用表贡献的注入电流不到30%。与某些低成本替代品相比,Truevolt数字万用表的噪音降低了近100%。



图4. Keysight Truevolt DMM与其他同类DMM品牌的噪声和注入电流




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型号- U8480,B2911A,U1272A,N8926A,34460A,N7040A,U8000,N9340B,53140,N5742A,N5766A,34905A,N9918A,N6735B,N8480,N5743A,N5767A,N1914A,3024T,3012T,U1273A,34904A,N6746B,N6734B,U3800,U1282A,N8948A,34470A,N7042A,N1913A,N5744A,N5768A,34903A,N8924A,N9916A,N9928A,34939A,N6701C,N8949A,U1271A,N8925A,N8937A,N7041A,N1912A,N9000B,N5745A,N5769A,N2819A,3022T,3034T,N6700C,34902A,N9917A,34938A,N6736B,U1600,8491A,DSOX1102G,DSOX1102A,N9320B,P-SERIES,33509B,N7020A,N1911A,N9344C,N5746A,N3302A,N2818A,34901A,34937A,U1701B,82357B,U1273AX,U2802A,N5181B,N2142A,U1281A,B2902A,4024A,N5747A,N3303A,8490G,N2805A,3032T,N6702C,U1700,N6705C,N8928A,N9342C,33519B,B2901A,N3304A,N5748A,34947A,N2804A,N8929A,N5171B,N9343C,N2140A,X-SERIES,B2912A,N3305A,U8903B,N5749A,4022A,34934A,4034A,34946A,8480D,3054T,U2702A,N3306A,U1733C,U1210,U2300,N5700,34945A,3458A,TU1453A,U2701A,B2962A,1146B,N3307A,1147B,N7026A,33600A,33612A,B2961A,N9322C,N9310A,U1731C,2002A,53200,2014A,3104T,U1610A,U2723A,33611A,2004A,U1732C,J7205A,34942A,U3606B,53210A,J7205B,U2722A,N1810UL,33622A,3102T,34941A,N8760A,2012A,2024A,U2500,U1620A,33512B,33500B,33621A,N1810TL,3004A,N6700,N6705,N8761A,N2821A,33511B,N3300,4104A,2022A,N2820A,U2600,33510B,33522B,3014T,N2843A,E36100B,33521B,N9962A,87106D,AC6804B,E4982A,DAQM905A,34950A-34959A,N6750,N9950A,N8740A,E36103B,U2020,EDUX1002A,N9951A,33520B,N7007A,83050A,N2962A,53131A,P9243A,E4981A,U2741A,34972A,E36102B,J7211B,J7211A,J7211C,E36320A,N8741A,AC6802B,DAQM903A,U1270,N9960A,E36311A,N8762A,E36105B,N6781A,U2000,E3641A,EDUX1002G,N2863B,AC6803B,DAQM904A,N8900,U1280,84904L,U2751A,34970A,N9961A,B2900,E36104B,E3640A,AC6800B,N2862B,6002A,E3600,E-SERIES,E36313A,DAQM900A,U1250,U5850,N8756A,N8732A,N8950A,AC6801B,10070D,DAQM902A,U2761A,34980A,E36300A,E36312A,N6782A,DAQM901A,E36106B,53220A,N8757A,87222D,N8733A,N8951A,87222E,N9952A,87104D,P9242A,E4980A,6004A,53132A,N6785A,N6773A,U1452A,B2980A,N6761A,N8754A,N8742A,P9241A,N2871A,53230A,N8700,N4985A-S50,U1240,N6784A,E4981A-001,E4981A-002,N8755A,U1453A,N8731A,N2870A,8495D,N2797A,87405B,N2894A,N5770A,8495B,87405C,34420A,E3647A,10833F,34921A-25A,10833G,10833A,10833B,4154A,10833C,10833D,N6775A,U1450A,N8736A,N6763A,U1232A,N8954A,N6751A,N8930A,N7550,N9923A,N2796A,N9935A,N2893A,N5771A,E36100,E3646A,6811C,N4985A-S30,4032A,N8737A,N6786A,N6774A,N8943A,N6762A,E5063A,10834A,N8955A,U1451A,8494G,N8931A,E3634A,U1233A,3052T,N2783B,P9371A,N2795A,N5772A,6813C,E3649A,6800C,6812C,N6753A,N8758A,U1460A,N6741B,U1242C,N8734A,U1242B,N8952A,N6777A,N8940A,N6765A,P9370A,N2891A,N2782B,EPM SERIES,53181A,N5761A,34931A-33A,34465A,E3648A,4054A,N8759A,N6764A,U1231A,U1461A,N6752A,E9320,83020A,N8735A,N8941A,N6776A,N2793A,DAQ970A,N2890A,L2060,N2781B,U1240C,N9914A,82350C,N5750A,N5762A,U2063,E5810B,N8934A,N6743B,N9926A,P1912A,N8946A,N6731B,N9938A,U1252B,E3643A,E3631A,N6755A,14585A,N2792A,N2780B,U1241C,N5763A,E4980AL,N5751A,E36300,E9300,N8923A,N9915A,N8935A,N6742B,N9927A,E3630A,U1241B,4052A,U1253B,E3642A,N6766A,34908A,N6754A,N2791A,N9912A,N8738A,N9936A,U1190,U2040,N5752A,N5764A,34450A,DAQM907A,N8932A,N8944A,34907A,N8920A,E3645A,N6745B,E3633A,N6733B,L2050,N2790A,U1251B,N8739A,N9913A,N9925A,N5741A,DAQM908A,N5765A,34461A,U2053,N8945A,N6732B,N9937A,N8957A,N8921A,E3632A,E3620A,N6756A,E3644A,N6744B

选型指南  -  KEYSIGHT  - November 2018 PDF 英文 下载

数字万用表的使用方法

万用表是一种多功能、多量程的测量仪表,一般万用表可测量直流电流、直流电压、交流电压、电阻和音频电平等,有的还可以测交流电流、电容量、电感量及半导体的一些参数(如β)。您可以找到以下数字万用表的使用方法。

技术探讨    发布时间 : 2024-05-28

用户指南  -  KEYSIGHT  - 2008年7月 PDF 中文 下载

【选型】Keysight(是德科技)通用及基础测量仪器样本

目录- 示波器和探头    数字万用表    数字采集和开关    频率计数器、函数和任意波形发生器    电源    射频仪表   

型号- U1272A,34460A,34133A,53140,N5742A,N5766A,E4980ALU-050,N2919A,N576XA,N5439A,6644A,661XC-220,54600S,34905A,3446MEMU,3000X,U2700,N674XB,34132A,34132B,53150,N5743A,53151,N5767A,661XC-OL2,664XA,3024T,N2918A,6621A,3000T,53152,6645A,N2918B,N9310A-1CM,661XC-230,U1273A,34904A,U1620,E364XA-1CM,N6746B,3000X,DSOXGPIB,N8948A,1000,34131A,DSOX4AUTO,N5744A,N5768A,N2917B,6622A,N3300A,8120-4383,TPS://WWW.SEKORM.COM/WEB/SEARCH/KEYWORDN2801A,34903A,663XB-0B3,DSOX4SENSOR,N8900A,66102A,N6701A,E5387A,66000,U1271A,N8949A,66002A 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选型指南  -  KEYSIGHT  - 2015  - 2015年06月10日 PDF 中文 下载

万用表真有效值是什么意思?数字万用表如何测量有效值电压和有效值电流?

有效值(RMS)是对波形中所包含能量进行测量的结果, 是指交流电在一个周期内所做的功与直流电所做的功等效这一观点来定义的。电流RMS是指电流有效值,比电流值能更准确地放映电流特性。介绍关于万用表的使用方法的37个问题。

设计经验    发布时间 : 2024-03-18

数据手册  -  KEYSIGHT  - February 4, 2014 PDF 中文 下载

专题合辑    发布时间 : 2017-07-10

测试报告  -  KEYSIGHT  - March 18, 2021 PDF 英文 下载

【产品】具有5½位分辨率的数字万用表EDU34450A,可测量11种输入信号

Keysight EDU34450A是专为台式应用设计的现代化数字万用表(DMM),可以测量各种输入信号。它具有5½位分辨率和最高110个读数/秒的测量速率,适用于快速测试。它还内置最多5000个数据存储器,可以执行长时间数据记录任务。

新产品    发布时间 : 2022-01-13

Keysight(是德科技) 34460A/61A/65A/70A数字万用表数据手册

型号- 34400A,34461A/GPB/220,34465A,34460A,34461A/220,34470A,34461A-100,34461A

数据手册  -  KEYSIGHT  - 2013年06月25日 PDF 中文 下载

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