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隨著(zhù)產(chǎn)品的復雜程度越來(lái)越高，對測量精度和可靠性的要求也是水漲船高。由于版面限制，我將用這篇文章分成三部分，介紹一下儀器和被測件正確的布線(xiàn)和接地方法， 以達到減少測量誤差的目的。當然，在文章中涉及的原理，可以應用于基本測量設置、 數據采集系統和自動(dòng)測試系統。 電纜規格 可以使用各種各樣的通用和專(zhuān)用的電纜。下列因素會(huì )影響您選擇的電纜類(lèi)型。 · 信號的要求— 如電壓、 頻率、 準確性和測量速度。 · 互連的要求— 比如線(xiàn)纜直徑、 電纜長(cháng)度和電纜布線(xiàn)。 · 維護要求— 過(guò)渡接頭、 電纜終端、 應變、 電纜長(cháng)度的限制、電纜布線(xiàn)等。 國際上通常會(huì )用到各種各樣的方法標定電纜。請務(wù)必檢查您打算使用的電纜類(lèi)型， 務(wù)必關(guān)注以下的指標。 · 標稱(chēng)阻抗 (絕緣電阻) — 在電纜上可以找到， 從直流到一定的頻率。 它隨輸入信號的頻率變化而變化。檢查高、低之間，通道與通道之間的屏蔽。高頻和射頻應用對電纜的阻抗有特別的要求。 · 絕緣電壓 — 對您的應用， 必須足夠高。特別要注意是，為了防止電氣振蕩或設備損壞、 系統中所有通道絕緣要考慮到最大值。建議你使用 600 V 額定絕緣的電線(xiàn)。 · 電纜電阻 — — 不同線(xiàn)徑和長(cháng)度的電纜的電阻都不同。 盡可能使用最大線(xiàn)徑， 且盡量減少電纜的長(cháng)度， 以盡可能降低電纜的電阻。下表列出了典型幾種線(xiàn)徑的銅線(xiàn)電纜電阻 （銅線(xiàn)溫度系數是 0.35%° C）。在一些儀器中， 會(huì )用到儀器特殊的感應線(xiàn)，例如數字萬(wàn)用表四線(xiàn)電阻測量和高性能電源的遠端感應， 可以補償電纜電阻引起的電壓損耗。 · 電纜電容 — — 電容隨著(zhù)不同的保溫材料類(lèi)型、 電纜長(cháng)度和電纜屏蔽而改變。電纜應盡量短，這樣可以減少電纜電容。在某些情況下，可以使用低電容電纜。 
接地技術(shù) 接地的目的之一是為了避免地環(huán)路， 并盡量減少共模噪聲。大多數系統應具有至少三個(gè)單獨的地環(huán)路： 1.第一是信號的接地 。您還需要在高電平信號、低電平信號和數字信號之間，提供分開(kāi)的信號地。 2. 第二是高噪聲硬件的接地， 例如繼電器、 馬達、 和大功率設備。 3. 第三是個(gè)接地是用于機箱、 機架和機柜。 交流電源接地一般應連接到這第三個(gè)接地。 一般情況下，對于頻率低于 1 MHz 或低電平信號，使用單點(diǎn)接地。并聯(lián)接地是比較好的，但這樣做成本高，接線(xiàn)也困難一些，并聯(lián)之后再單點(diǎn)接地是必須的。 最重要一點(diǎn)， 特別是對于小信號或最精確的測量要求，應該是就近接地。10 MHz 以上的頻率，使用分開(kāi)的接地系統。對于1 MHz 和 10 MHz 之間的信號，您可以使用單點(diǎn)接地系統，如果最長(cháng)的地線(xiàn)回路不超過(guò)波長(cháng)的 1/20。 在所有情況下，回路電阻和電感應盡量減少。
屏蔽技術(shù) 噪聲屏蔽必須要考慮到電容和電感耦合。導體與周?chē)慕拥仄帘沃g，會(huì )產(chǎn)生很大的電容耦合。 在開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )中，這種屏蔽與同軸纜線(xiàn)和連接器的形狀相關(guān)。 對于頻率在100 MHz 以上信號，建議使用雙屏蔽同軸電纜， 以降低屏蔽效應。減少回路面積是最有效的應對電磁耦合的方法。 在幾百千赫以下的信號，雙絞線(xiàn)可以抵御電磁耦合。使用屏蔽雙絞線(xiàn)， 可免于電磁和電容拾取。對1MHz 以下的信號可以提供的最大保護，但要確保屏蔽不是會(huì )用戶(hù)傳導任何信號。
分離小信號和大信號 如果信號之間的強度比超過(guò)20：1，就應該從物理上盡可能將他們分隔開(kāi)來(lái)。 應審查整個(gè)信號路徑， 包括布線(xiàn)和相鄰的連接。 所有未使用的線(xiàn)應該接地或接低端，并放置在感應線(xiàn)通道中。在數據采集系統或 ATE 系統中，在使用螺絲在接口上固定接線(xiàn)時(shí)，切勿影響到臨近通道的連接和功能。 無(wú)線(xiàn)輻射干擾 大部分電壓測量?jì)x器， 如果周?chē)懈邚姸取?高頻率的信號時(shí)， 可能會(huì )生成虛假讀數。高頻信號的可能來(lái)源包括附近的無(wú)線(xiàn)電和電視發(fā)射臺、 老款的計算機CRT監視器和手機。高頻能量可能會(huì )耦合到數字萬(wàn)用表系統的布線(xiàn)中。 若要減少干擾，請嘗試讓纜線(xiàn)連接盡量減少地暴露在高頻射頻源附近。 如果您需要完成的測試對來(lái)自?xún)x器的射頻輻射極其敏感， 這就需要一個(gè)扼流線(xiàn)圈， 使用在系統電纜連接中，如下所示， 以衰減儀器的輻射。 請注意， 您最有可能在您的計算機顯示器視頻輸入電纜上看到這種線(xiàn)圈。 看上去像圓柱型的，在它的中心 就會(huì )有一個(gè)小的扼流線(xiàn)圈。
熱電動(dòng)勢誤差 熱電動(dòng)勢誤差是在小直流電壓測量中最常見(jiàn)的來(lái)源。 當您在不同的溫度下使用不同的金屬電路連接時(shí)，會(huì )生成熱電勢電壓。每個(gè)金屬--金屬連接處，都會(huì )形成熱電偶， 它生成的電壓與連接處的溫度差成正比。 您應采取必要的預防措施，盡量減少熱電偶電壓， 以及在低電壓測量中的溫度變化。 最佳的連接是使用銅--銅的卷壓連接方式。下表顯示了常見(jiàn)的不同金屬之間的連接產(chǎn)生的熱電勢。
磁場(chǎng)所造成的噪聲 如果您正在磁場(chǎng)附近測量， 您應采取預防措施，避免測量連接中的感應電壓。 如果在磁場(chǎng)中， 輸入的連接布線(xiàn)發(fā)生抖動(dòng)， 或磁場(chǎng)發(fā)生變化，都可能感應電壓。 在地球的磁場(chǎng)中運動(dòng)的無(wú)屏蔽、 裸露的輸入的導線(xiàn)， 可以生成幾個(gè)毫伏。 在交流電源線(xiàn)周?chē)?不同的磁場(chǎng)還可以導致高達幾百毫伏的感應電壓。在大電流的導體附近工作時(shí)，您應該特別小心。 如有可能，您應該將布線(xiàn)遠離磁場(chǎng)。在電動(dòng)馬達、 發(fā)電機、 電視和電腦CRT顯示器周?chē)?磁場(chǎng)都普遍存在。 此外，如果在工作區域附近有磁場(chǎng)， 操作時(shí)請確保您輸入的接線(xiàn)已經(jīng)拉直，并**固定好。使用雙絞線(xiàn)連接到儀器可以減少噪聲拾取的回路面積，或盡可能將電線(xiàn)緊密困在一起。 在校準時(shí)， 如果計量毫歐表和毫伏表， 磁場(chǎng)造成的測量波動(dòng)可能會(huì )引起比較大的問(wèn)題。 要減少這些波動(dòng)， 我們可以構建了一個(gè)金屬屏蔽箱， 隔離開(kāi)儀表和周?chē)拇艌?chǎng)。 箱體上可以有一個(gè)小開(kāi)口，開(kāi)口只需足夠大，以讀取測量結果和更改設置。 低電平的 AC 測量誤差 當測量的交流電壓小于 100 mV時(shí)， 要知道這些測量都是特別容易受到外來(lái)噪聲源的影響，而引入錯誤。 暴露的測試引線(xiàn)都可能成為天線(xiàn)， 內部數字萬(wàn)用表將測量收到的信號。 整個(gè)測量路徑，包括電源線(xiàn)， 都可能成為一個(gè)環(huán)形天線(xiàn)。 回路中的電流， 在通過(guò)包括儀器輸入在內的一系列串行阻抗后， 將產(chǎn)生電壓誤差。 出于這個(gè)原因， 您應該使用屏蔽線(xiàn)，將低電平的 AC 電壓輸入儀器。 您還應該將屏蔽連接到低端。 如果無(wú)法避免， 也一定要盡量減少接地回路的面積。相比于低阻抗源， 一個(gè)高阻抗源容易拾取到更多的噪聲。 您可以通過(guò)與儀器的輸入終端并聯(lián)一個(gè)電容的方法，來(lái)降低源的高頻阻抗。 您可能需要試驗，以確定適合您應用的正確電容值。 大部分的外部噪聲是與輸入信號不相關(guān)的。 如下所示，您可以用這個(gè)公式確定誤差。
與被測件有關(guān)聯(lián)的噪聲，雖然極為少見(jiàn)，但尤其有害。 這種噪聲將總是直接添加在輸入信號上。 測量低電平信號時(shí)， 如果有同頻率的其它信號存在，例如與本地交流電源的頻率相同時(shí)，是容易產(chǎn)生誤差的。 如果在同一個(gè)開(kāi)關(guān)卡或模塊上，切換大信號和小信號時(shí)必須十分小心。 因為在這種情況下，有可能大信號的充電電源，會(huì )在小信號的的通道上釋放。 這時(shí)，建議您可以使用兩個(gè)不同的模塊，或者將小信號通道與大信號通道分開(kāi)， 在它們中間增加一個(gè)未使用的通道，連接到大地。 |
