PXI Express DMM为更精确、更智能的测试系统奠定基础

概览

随着设备复杂度的日益增加以及经济压力的持续增强，工程师们被迫采用自动化这种经济有效的方式，在整个设计周期内提供可重复的结果，包括 特性分析、验证和认证以及生产测试等各个阶段。在当前市场，数字万用表(DMM)常常不仅只限于精确测量。为实现DMM测量的自动化执行，设计和测试工程师需要一台精准的DMM来节省测量时间、与其他仪器无缝集成，并可以通过开关轻松实现通道扩展。您可以使用模块化平台来最大限度满足这些需求，这一模块化平台提供高质量测量并能快速获得结果，其组成结构经过优化，更适用于自动化。

1、专为自动化测试而设计

NI基于PXI的DMM款型从高性价比6½位型号到高性能7½位型号等不一而足，包含市面上精度最高的7½位DMM。某些型号所独有的特性包括扩展的测量范围、采样率高达1.8 MS/s的隔离数字化仪模式、延长的校准周期和基本电感与电容测量。将以上特性结合到单台仪器中，从而为传统精密仪器所固有的测量难题(测量吞吐量和灵活性有限)提供了解决方案。NI基于PXI的DMM为解决从消费类电子产品到航空和国防工业等各行各业的应用难题提供了更智能的方法。

图1、PXIe-4081 DMM是针对任何测试和测量系统的完美解决方案。

PXIe-4081是精准度最高的7½位DMM

NI的DMM产品系列主打PXIe-4081，它是业界精度最高的7½位DMM。PXIe-4081提供26位分辨率、高稳定性、10 nV至1,000 V范围的计量级电压测量；1 pA至3 A范围的电流测量；10 µΩ至5 GΩ范围的电阻测量。

	PXI-4065	PXIe-4080	PXIe-4081	PXIe-4082
分辨率(位)	6½	6½	7½	6½
最大电压(V)	300	300	1,000	300
最大电流(A)	3	1	3	1
最大采样率	3 kS/s	1.8 MS/s	1.8 MS/s	1.8 MS/s
电压精度(10 VDC,2年)	*90 + 12 ppm	25 + 6 ppm	12 + 0.5 ppm	25 + 6 ppm
最长校准周期	1年	2年	2年	2年
直流电压和交流电压	✓	✓	✓	✓
直流电流和交流电流	✓	✓	✓	✓
2线和4线电阻	✓	✓	✓	✓
频率/周期		✓	✓	✓
基本电感/电容				✓
*PXI-4065不提供两年期精度保证，故这里显示的是一年期精度保证。

表1、市面上NI的DMM款型从高性价比6½位型号到高性能7½位型号等不一而足。

图2、基于PXI的DMM为传统精密仪器所固有的测量难题（测量吞吐量和灵活性有限）提供了解决方案。

2、NI软件优势

由于NI DMM专为自动化测试应用而设计，因此该仪器主要通过软件来进行控制和通信。针对快速测量或应用调试，DMM软件前面板为用户提供了与传统台式仪器类似的前面板体验。

图3、NI的DMM驱动软件(NI-DMM)包括一个交互式软件前面板，用于快速测量和应用调试。

除了软件前面板之外，DMM驱动软件还包括可支持LabVIEW、C和C#等各种开发选项的一流API。为保证DMM的长期互通性，NI-DMM驱动软件提供的API与先前和目前正在使用的NI DMM的API完全一致。驱动软件还可提供帮助文件、文档说明和数十个可执行的范例，这些范例可作为您开发应用程序的起点。了解更多关于LabVIEW用于自动化测试和系统验证的信息。

图4、NI的DMM驱动软件(NI-DMM)包括数十个可执行的范例。

3、高精度DMM测量

模数转换器(ADC)是高性能PXIe-408x DMM的核心组件。现成的高速ADC技术和自定义设计的sigma-delta转换器的独特组合，可提供高速、高精度测量所需的噪声、线性度和速度方面的性能。

图5、在12个小时的0 VDC噪声和漂移测试（每一台DMM设置为100 mV 输入范围和10 PLC空隙时间）中，PXIe-4081(蓝色)测试性能胜过最高性能的6½位(浅灰)和7½位(深灰)台式DMM。

PXIe-4081使用目前最稳定的一个板载参考电压源来实现不同温度与时间下的稳定性能。其他同价位的DMM均无法提供这样的参考电压源和稳定性，这就解释了为什么PXIe-4081提供了12 ppm的两年期精度保证，从而最大程度减少仪器校准所需的停机时间来进一步降低测试成本。更高的测量精度以及更低的使用成本和更少的停机时间，使其优于大多数传统的仅提供一年期精度保证的台式DMM。PXIe-4081还采用了高级的DMM测量技术，比如偏移补偿电阻、高阶直流噪声抑制和自校准，以确保精确测量。

4、通过隔离的数字化仪实现灵活的测量速率

传统的DMM设计更注重高分辨率和精度而忽略了采集速度。PXIe-408x DMM的独特架构提供了7 S/s至10 kS/s连续变化的读取速率，您可以选择满足应用需求的采样率和分辨率。

图6、现成的高速ADC技术和自定义设计的sigma-delta转换器(电路如上图所示)的独特组合优化了DMM的线性度和噪声，提供了高达7½位的高精度和稳定性以及高达1.8 MS/s的数字化仪采样率。

PXIe-4081的采样率是传统台式DMM的36倍

如果需要更高采样率，您可以使用PXIe-408x DMM的高电压隔离数字化仪模式获得最高1.8 MS/s的采样率，并在最大电压范围内进行数据采集。传统台式DMM的最高采样率是50 kS/s，而PXIe-4081 DMM的采样率则高出了36倍。这可避免使用多个独立的仪器来实现高精度和高速测量。

图7、PXIe-408x DMM能够以比传统台式DMM高出36倍的速率进行采样，帮助您更深入了解待测设备。

5、自校准和两年技术参数保证

NI DMM具有自校准功能，这一功能过去只有最高分辨率的DMM才能提供。自校准使用一个高度稳定和精准的内部电压参考源来校正DMM内的所有DC增益和偏置漂移，这个内部电压参考源具有出色的温度特性和时间漂移，同时也考虑了所有电阻和电流源漂移。自校准使得NI DMM在任何工作温度下（即使在普遍的18 °C至28 °C范围之外）均具有高准确度和高稳定性。

图8、自校准进一步提高了推荐的2年外部校准周期内的NI PXI DMM测量准确性。

这一操作只需不到一分钟时间就可以完成，而且不需要外部校准仪，可以最大程度减少已部署系统的维护负担。由于自校准精密电路可最大程度减少了已部署系统的维护负担，因而PXIe-408x DMM提供了两年的外部校准周期。

6、同步和集成

NI DMM利用PXI平台固有的定时和同步功能来与PXI机箱内的开关和其他仪器进行通信。您可以将开关与DMM搭配使用来扩展仪器的测量功能，可测试上百甚至上千个测试点。NI DMM通过PXI背板来发送和接收硬件定时的触发信号，并对开关模块板载内存中存储的开关连接列表进行扫描，从而实现与NI开关的“握手”。这种扫描方法避免了传统扫描列表方法所需的软件开销，可创建一个确定的扫描列表，通过更具重复性的定时实现更快速的测试。

图9、通过将NI DMM与NI开关同步来创建硬件定时的扫描列表，可以大幅提升测试速度 。

此外，PXI平台还包含了电源、示波器、函数发生器等自动化测试应用中常与DMM搭配使用的仪器，从而可在紧凑的封装中构建紧密集成的系统。另外，DMM还可通过PXI背板来发送和接收触发信号，将测量与其他仪器的操作同步，因此无需外部线缆来收发触发信号。

图10、PXI平台提供了各种仪器来实现出色的同步和集成性能，如源测量单元(SMU)、示波器、数字仪器和RF信号分析仪与发生器。

7、使用NI DMM构建您的下一个测试和测量系统

NI DMM适用于从半导体特性分析到航空生产测试等各种应用，为更智能的自动化测试和测量系统的开发提供了高追求的测量质量、业界领先的速度和全面的软件支持。您可以将NI DMM与基于PXI的开关结合起来构建高通道数采集系统，借助确定的硬件定时来执行成百上千次继电器闭合的扫描列表。PXI平台还提供了独立式台式DMM所不具备的仪器，包括SMU、电源、示波器、波形发生器和RF信号分析仪与发生器。NI DMM专门针对自动化测试应用而设计，具有比传统DMM更出色的测量质量，是您开发下一个测试系统的理想之选。