【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

时间： 2020-07-21 来源：Keysight

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34465A和34470A 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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