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長沙艾克賽普儀器設(shè)備有限公司

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構(gòu)建自動(dòng)化測試系統(tǒng)時(shí)，如何選擇正確的儀器

閱讀：346發(fā)布時(shí)間：2023-8-11

在構(gòu)建自動(dòng)化測試系統(tǒng)時(shí)，需要用到很多工具，也就是儀器：包括數(shù)字萬用表、示波器、波形發(fā)生器、矢量信號收發(fā)器和多功能一體式示波器。選擇正確儀器，有一些基本的原則：

被測設(shè)備的技術(shù)測量要求(DUT)
會影響應(yīng)用的重要儀器規(guī)格
可用的各種類型的儀器，以及功能、尺寸、價(jià)格等方面的權(quán)衡
特定儀器類別中產(chǎn)品型號之間的細(xì)微差異

下面介紹了儀器的主要類別、常見的選擇標(biāo)準(zhǔn)，可幫助您做出。

模擬和射頻儀器概述

模擬和射頻測試儀器的市場非常廣泛，數(shù)以百計(jì)的產(chǎn)品類別包含數(shù)千個(gè)型號。而且，這些儀器同樣可根據(jù)物理定律來選擇，具體來說，噪聲和帶寬的基本原理體現(xiàn)在放大器技術(shù)和用于創(chuàng)建儀器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)上。這些基本的物理限制使得工程師經(jīng)常需要在測量精度和數(shù)據(jù)采集速度之間進(jìn)行取舍。下圖顯示的是隨著傳統(tǒng)和模塊化儀器的技術(shù)進(jìn)步，速度與分辨率之間的關(guān)系如何隨著時(shí)間的推移而變化。

下圖列出了部分儀器，但包含的儀器類型非常少，特別是缺少垂直或特定用途的儀器。該表未提及的一些值得注意的領(lǐng)域包括：

專用直流儀表，如靜電計(jì)、微歐姆計(jì)、納伏表等
音頻頻帶分析和生成（也稱為動(dòng)態(tài)信號分析儀）
專業(yè)模擬產(chǎn)品，包括脈沖發(fā)生器、脈沖源/接收器等

需考慮的關(guān)鍵規(guī)格

在將測量任務(wù)縮小到特定儀器類別之后，下一步是對該類別的產(chǎn)品進(jìn)行比較和權(quán)衡，需考慮的規(guī)格包括：

信號范圍、隔離和阻抗- 首先，確保儀器的輸入信號范圍足夠大，可捕獲感興趣的信號。此外需考慮儀器的輸入阻抗（影響測量裝置的負(fù)載和頻率性能）以及儀器與地面的隔離（影響抗噪聲性和安全性）。
模擬帶寬和采樣率-接下來，確保儀器的模擬帶寬（以kHz、MHz或GHz為單位）能夠傳遞感興趣的信號，并且ADC具有足夠快的采樣率來捕獲感興趣的信號（以每秒樣本數(shù)單位，例如每秒千個(gè)樣本、每秒百萬個(gè)樣本或每秒十億個(gè)樣本）。
測量分辨率和精度- 最后，評估儀器垂直規(guī)格中影響測量質(zhì)量的多個(gè)參數(shù)，如ADC分辨率（模擬信號的數(shù)字量化，通常在8位至24位之間）、測量精度（測量誤差隨時(shí)間和溫度的變化，一般以百萬或百萬分之一表示）和測量靈敏度（最小可檢測變化，通常以單位表示，例如mV）。

上面的表格概括了篩選儀器規(guī)格時(shí)的一些思路，通常使用各種儀器類別和儀器供應(yīng)商的各種不同命名法來表示。這些級在影響關(guān)鍵規(guī)范時(shí)通常是相互依賴的。例如，輸入放大器還可以影響儀器的輸入帶寬和有效分辨率。類似地，儀器的輸入阻抗可能對帶寬具有顯著影響。

選擇儀器的一些核心指標(biāo)

在比較DUT的測量要求以及儀器測試DUT的能力時(shí)，請記住以下關(guān)鍵比率。

測試準(zhǔn)確度比=4:1

當(dāng)測試組件（例如電壓參考）時(shí)，請確保測量設(shè)備的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于被測組件的準(zhǔn)確度。如果不滿足該標(biāo)準(zhǔn)，則測量誤差可能同時(shí)來源于DUT和測試設(shè)備，這樣便不可能知道真實(shí)的誤差源。因此，測試準(zhǔn)確度比(TAR)這一概念可用于描述測量設(shè)備和被測組件的相對準(zhǔn)確度。TAR的可接受值為4及以上，取決于所執(zhí)行的測試和所需的測試確定度。

寬帶比= 5:1

上升時(shí)間和帶寬直接相關(guān)，可以通過一個(gè)值算出另一個(gè)值。上升時(shí)間定義信號從滿量程值的10％上升到90％所需的時(shí)間。可根據(jù)上升時(shí)間使用以下公式計(jì)算出信號的帶寬：

理想情況下，數(shù)字化儀的帶寬應(yīng)該是信號帶寬的三到五倍，如上式所計(jì)算。換句話說，數(shù)字化儀的上升時(shí)間應(yīng)該是信號上升時(shí)間的1/5到1/3，才能以最小的誤差采集信號。根據(jù)以下公式可隨時(shí)逆推來確定信號的實(shí)際帶寬：

時(shí)域采樣比= 10:1

盡管帶寬描述了可以以最小衰減進(jìn)行數(shù)字化的頻率正弦波，但采樣率僅僅是數(shù)字化儀或示波器中的ADC提供時(shí)鐘以對輸入信號進(jìn)行數(shù)字化的速率。采樣率和帶寬不直接相關(guān);然而，這兩個(gè)重要參數(shù)之間存在一個(gè)我們希望的關(guān)系：

數(shù)字化儀實(shí)時(shí)采樣率=輸入信號帶寬的10倍

奈奎斯特定理指出，為了避免混疊，數(shù)字化儀的采樣率需要至少是被測信號中頻率分量的兩倍。然而，僅僅是頻率分量的兩倍并不足以精確地再現(xiàn)時(shí)域信號。為了準(zhǔn)確地?cái)?shù)字化輸入信號，數(shù)字化儀的實(shí)時(shí)采樣率應(yīng)至少為數(shù)字化儀帶寬的三到四倍。具體原因請看下圖，想想你希望在示波器上看到的數(shù)字化信號。

盡管在兩種情況下通過前端模擬電路的實(shí)際信號都是相同的，但是左側(cè)的圖像屬于欠采樣，會使數(shù)字化信號失真。相反，右側(cè)的圖像具有足夠的采樣點(diǎn)來精確地重建信號，這可實(shí)現(xiàn)更精確的測量。因?yàn)樾盘柕那逦硎緦τ谏仙龝r(shí)間、過沖或其它脈沖測量的時(shí)域應(yīng)用非常重要，所以具有更高采樣的數(shù)字化儀有益于這些應(yīng)用。

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