你的位置:首頁(yè) > 測(cè)試測(cè)量 > 正文
名廠言明:為何用大量程測(cè)量小信號(hào)不適宜
發(fā)布時(shí)間:2017-03-09 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】許多人認(rèn)為大量程可測(cè)量的范圍很大,大小信號(hào)都可以兼顧,因此在很多情況下都優(yōu)先選擇較大的量程進(jìn)行測(cè)量,或者不注意選擇,直接默認(rèn)設(shè)置,如此使用時(shí),儀器測(cè)量的值依然能正常顯示,看起來(lái)數(shù)值也似乎還算準(zhǔn)確。那到底這樣使用有什么問(wèn)題呢,下面以一臺(tái)功率分析儀來(lái)舉例。
為增大儀器可測(cè)量的范圍(動(dòng)態(tài)范圍),絕大多數(shù)測(cè)量?jī)x器都會(huì)設(shè)置多個(gè)量程,以滿足不同情況下測(cè)量不同大小信號(hào)的需求。當(dāng)使用大量程測(cè)試小信號(hào)時(shí)會(huì)有什么結(jié)果呢?很多人回答會(huì)造成誤差增大,但往往說(shuō)不上來(lái)原因,今天我們將會(huì)帶大家深入討論一下這樣使用帶來(lái)的影響和原因。
許多人認(rèn)為大量程可測(cè)量的范圍很大,大小信號(hào)都可以兼顧,因此在很多情況下都優(yōu)先選擇較大的量程進(jìn)行測(cè)量,或者不注意選擇,直接默認(rèn)設(shè)置,如此使用時(shí),儀器測(cè)量的值依然能正常顯示,看起來(lái)數(shù)值也似乎還算準(zhǔn)確。那到底這樣使用有什么問(wèn)題呢,下面以一臺(tái)功率分析儀來(lái)舉例。
精度算法解密
圖1 所示是致遠(yuǎn)電子PA8000和PA5000功率分析儀5A功率板卡的測(cè)量精度,我們以此為例。在給出的精度值中,儀器的精度指標(biāo)標(biāo)示為“%讀數(shù)+%量程”,絕大多數(shù)測(cè)量設(shè)備亦是這樣標(biāo)注的,以45-66Hz的頻率段來(lái)說(shuō),PA8000精度為“0.01%+0.03%”,PA5000精度為0.10%+0.05%,這意味著使用1000V量程測(cè)量800V的信號(hào)時(shí),最壞情況下PA8000誤差為0.01%*800V+0.03%*1000V=0.38V,PA5000為1.3V,對(duì)于800V的信號(hào)這樣的誤差微乎其微。但是如果使用1000V量程測(cè)量10V信號(hào),PA8000最大誤差為0.301V,而PA5000將達(dá)到0.51V,這樣的誤差相對(duì)于10V信號(hào)來(lái)說(shuō)已比較大。對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)考慮的是測(cè)量值與實(shí)際值之間的誤差,但是對(duì)于測(cè)量?jī)x器來(lái)說(shuō)大量程時(shí)的固有誤差將會(huì)使其測(cè)量小信號(hào)時(shí)的誤差顯著增加,可能會(huì)帶來(lái)使用者不希望看到的結(jié)果。
圖 1 致遠(yuǎn)PA8000/PA5000功率分析儀5A功率板卡精度表
ADC量化誤差影響
出現(xiàn)這種情況的原因首先是由測(cè)量設(shè)備內(nèi)部的ADC產(chǎn)生的量化誤差引起的,假設(shè)測(cè)量設(shè)備內(nèi)部包含一個(gè)11位的ADC,ADC共有211=2048個(gè)有效位,在1000V的量程(峰峰值)下,考慮最大±1000V的輸入共2048個(gè)有效位,則由于不可避免的噪聲的影響,ADC每跳動(dòng)一個(gè)最小單位1LSB,產(chǎn)生的量化誤差大約會(huì)有2000V/2048≈1V。如果使用該量程測(cè)量10.3V這樣的信號(hào),很顯然單次ADC取樣的最小分辨率已無(wú)法識(shí)別0.3V這樣刻度(在圖 2的量化示意圖中0.3V處在兩個(gè)刻度中間),當(dāng)然無(wú)法測(cè)得正確的值。如果無(wú)規(guī)則噪聲的峰值能大于1LSB時(shí),多次采樣取平均值后可以提高測(cè)量系統(tǒng)的有效位數(shù),但這樣的因素不在我們考慮的范圍之內(nèi)。
這樣說(shuō)來(lái)似乎高位數(shù)的ADC可顯著降低量化誤差,但遺憾的是高位數(shù)和高采樣率是一個(gè)矛盾,因?yàn)楦邘挄?huì)帶來(lái)更高的噪聲,同時(shí)在現(xiàn)有的ADC制作工藝和架構(gòu)的限制之下,高采樣率的ADC很難同時(shí)做到高有效位數(shù)。如我們的PA8000和PA5000希望在5MHz的帶寬下提供2Mbps的采樣率,如此高的帶寬情況下將難以把有效位數(shù)提高到18位以上,因此我們的PA8000使用了18位、2Mbps采樣率的ADC來(lái)減少量化誤差。
圖 2 量化示意圖
前端模擬電路的噪聲、失調(diào)影響
另一個(gè)不可忽視的問(wèn)題是模擬電路本身所帶來(lái)的噪聲、失調(diào)和增益誤差的影響,如圖 3所示簡(jiǎn)化的電壓測(cè)量電路,第一張圖為1000V量程的測(cè)量通路,最高輸入電壓1000V時(shí)通過(guò)衰減電路會(huì)輸出1V電壓,放大電路不放大,跟隨電壓后送入ADC進(jìn)行采樣。如果輸入10V時(shí)衰減電路只能輸出0.01V的電壓,首先如此小的信號(hào)疊加噪聲后會(huì)對(duì)信號(hào)本身產(chǎn)生很大影響,其次由于放大電路(運(yùn)放)的失調(diào)和增益誤差的影響,哪怕只產(chǎn)生0.1mV的失調(diào)和增益誤差都會(huì)對(duì)0.01V的有效信號(hào)產(chǎn)生很大的誤差。在儀器的出廠前會(huì)對(duì)這些誤差進(jìn)行校準(zhǔn)以消除固有的偏差,不過(guò)因使用過(guò)程中溫度和老化的影響這些值會(huì)發(fā)生變化,在標(biāo)示儀器的精度指標(biāo)時(shí)會(huì)留有一定的余量以確保儀器處在可保證的精度內(nèi),但是如果用大量程去測(cè)量小信號(hào)時(shí)溫度和老化產(chǎn)生的影響將無(wú)法得到保證。
在測(cè)量較小信號(hào)時(shí)應(yīng)使用圖 3 第二張所示的電路,首先衰減電路進(jìn)行較小倍數(shù)的衰減,10V輸入時(shí)衰減電路輸出0.1V,然后放大電路將有效信號(hào)放大10倍到1V送入ADC取樣。這樣的處理方式將會(huì)顯著減少噪聲、失調(diào)和增益誤差的影響,在包含小量程的測(cè)量設(shè)備中通常會(huì)采用這樣的方式或等效的方式進(jìn)行處理。
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測(cè)試庫(kù)獲得德國(guó)萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無(wú)線開發(fā)平臺(tái)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來(lái)更多臺(tái)式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長(zhǎng)的IO-Link市場(chǎng)
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無(wú)線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 一文掌握UV LED在空凈消殺領(lǐng)域的主要應(yīng)用
- 【“源”察秋毫系列】 Keithley在碳納米管森林涂層纖維復(fù)合材料的應(yīng)用
- 數(shù)字驅(qū)動(dòng)工業(yè),智能賦能制造 AMTS & AHTE SOUTH CHINA 2024同期會(huì)議全公開!
- 團(tuán)體觀展招募!104CEF開啟組團(tuán)觀眾通道,解鎖更多禮遇
- 觸摸式OLED顯示屏有望重新定義汽車用戶界面
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
電阻觸控屏
電阻器
電阻作用
調(diào)速開關(guān)
調(diào)諧器
鼎智
動(dòng)力電池
動(dòng)力控制
獨(dú)石電容
端子機(jī)
斷路器
斷路器型號(hào)
多層PCB
多諧振蕩器
扼流線圈
耳機(jī)
二極管
二極管符號(hào)
發(fā)光二極管
防靜電產(chǎn)品
防雷
防水連接器
仿真工具
放大器
分立器件
分頻器
風(fēng)力渦輪機(jī)
風(fēng)能
風(fēng)扇
風(fēng)速風(fēng)向儀