隨著產(chǎn)品的復(fù)雜程度越來越高，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和接地方法， 以達到減少測量誤差的目的。當(dāng)然，在文章中涉及的原理，可以應(yīng)用于基本測量設(shè)置、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自動測試系統(tǒng)。

電纜規(guī)格

可以使用各種各樣的通用和專用的電纜。下列因素會影響您選擇的電纜類型。

· 信號的要求— 如電壓、 頻率、 準確性和測量速度。

· 互連的要求— 比如線纜直徑、 電纜長度和電纜布線。

· 維護要求— 過渡接頭、 電纜終端、 應(yīng)變、 電纜長度的限制、電纜布線等。

國際上通常會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型， 務(wù)必關(guān)注以下的指標。

· 標稱阻抗 （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(yīng)用對電纜的阻抗有特別的要求。

· 絕緣電壓 — 對您的應(yīng)用， 必須足夠高。特別要注意是，為了防止電氣振蕩或設(shè)備損壞、 系統(tǒng)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。

· 電纜電阻 — — 不同線徑和長度的電纜的電阻都不同。 盡可能使用最大線徑， 且盡量減少電纜的長度， 以盡可能降低電纜的電阻。下表列出了典型幾種線徑的銅線電纜電阻 （銅線溫度系數(shù)是 0.35%° C）。在一些儀器中， 會用到儀器特殊的感應(yīng)線，例如數(shù)字萬用表四線電阻測量和高性能電源的遠端感應(yīng)， 可以補償電纜電阻引起的電壓損耗。

· 電纜電容 — — 電容隨著不同的保溫材料類型、 電纜長度和電纜屏蔽而改變。電纜應(yīng)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(shù)系統(tǒng)應(yīng)具有至少三個單獨的地環(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(shù)字信號之間，提供分開的信號地。

2. 第二是高噪聲硬件的接地， 例如繼電器、 馬達、 和大功率設(shè)備。

3. 第三是個接地是用于機箱、 機架和機柜。 交流電源接地一般應(yīng)連接到這第三個接地。

一般情況下，對于頻率低于 1 MHz 或低電平信號，使用單點接地。并聯(lián)接地是比較好的，但這樣做成本高，接線也困難一些，并聯(lián)之后再單點接地是必須的。 最重要一點， 特別是對于小信號或最精確的測量要求，應(yīng)該是就近接地。10 MHz 以上的頻率，使用分開的接地系統(tǒng)。對于1 MHz 和 10 MHz 之間的信號，您可以使用單點接地系統(tǒng)，如果最長的地線回路不超過波長的 1/20。 在所有情況下，回路電阻和電感應(yīng)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(dǎo)體與周圍的接地屏蔽之間，會產(chǎn)生很大的電容耦合。 在開關(guān)網(wǎng)絡(luò)中，這種屏蔽與同軸纜線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(yīng)。減少回路面積是最有效的應(yīng)對電磁耦合的方法。 在幾百千赫以下的信號，雙絞線可以抵御電磁耦合。使用屏蔽雙絞線， 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用戶傳導(dǎo)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20：1，就應(yīng)該從物理上盡可能將他們分隔開來。 應(yīng)審查整個信號路徑， 包括布線和相鄰的連接。 所有未使用的線應(yīng)該接地或接低端，并放置在感應(yīng)線通道中。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或 ATE 系統(tǒng)中，在使用螺絲在接口上固定接線時，切勿影響到臨近通道的連接和功能。

無線輻射干擾

大部分電壓測量儀器， 如果周圍有高強度、 高頻率的信號時， 可能會生成虛假讀數(shù)。高頻信號的可能來源包括附近的無線電和電視發(fā)射臺、 老款的計算機CRT監(jiān)視器和手機。高頻能量可能會耦合到數(shù)字萬用表系統(tǒng)的布線中。 若要減少干擾，請嘗試讓纜線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自儀器的射頻輻射極其敏感， 這就需要一個扼流線圈， 使用在系統(tǒng)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圈。 看上去像圓柱型的，在它的中心 就會有一個小的扼流線圈。

熱電動勢誤差

熱電動勢誤差是在小直流電壓測量中最常見的來源。 當(dāng)您在不同的溫度下使用不同的金屬電路連接時，會生成熱電勢電壓。每個金屬--金屬連接處，都會形成熱電偶， 它生成的電壓與連接處的溫度差成正比。 您應(yīng)采取必要的預(yù)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。下表顯示了常見的不同金屬之間的連接產(chǎn)生的熱電勢。

磁場所造成的噪聲

如果您正在磁場附近測量， 您應(yīng)采取預(yù)防措施，避免測量連接中的感應(yīng)電壓。 如果在磁場中， 輸入的連接布線發(fā)生抖動， 或磁場發(fā)生變化，都可能感應(yīng)電壓。 在地球的磁場中運動的無屏蔽、 裸露的輸入的導(dǎo)線， 可以生成幾個毫伏。 在交流電源線周圍， 不同的磁場還可以導(dǎo)致高達幾百毫伏的感應(yīng)電壓。在大電流的導(dǎo)體附近工作時，您應(yīng)該特別小心。 如有可能，您應(yīng)該將布線遠離磁場。在電動馬達、 發(fā)電機、 電視和電腦CRT顯示器周圍， 磁場都普遍存在。 此外，如果在工作區(qū)域附近有磁場， 操作時請確保您輸入的接線已經(jīng)拉直，并**固定好。使用雙絞線連接到儀器可以減少噪聲拾取的回路面積，或盡可能將電線緊密困在一起。 在校準時， 如果計量毫歐表和毫伏表， 磁場造成的測量波動可能會引起比較大的問題。 要減少這些波動， 我們可以構(gòu)建了一個金屬屏蔽箱， 隔離開儀表和周圍的磁場。 箱體上可以有一個小開口，開口只需足夠大，以讀取測量結(jié)果和更改設(shè)置。

低電平的 AC 測量誤差

當(dāng)測量的交流電壓小于 100 mV時， 要知道這些測量都是特別容易受到外來噪聲源的影響，而引入錯誤。 暴露的測試引線都可能成為天線， 內(nèi)部數(shù)字萬用表將測量收到的信號。 整個測量路徑，包括電源線， 都可能成為一個環(huán)形天線。 回路中的電流， 在通過包括儀器輸入在內(nèi)的一系列串行阻抗后， 將產(chǎn)生電壓誤差。 出于這個原因， 您應(yīng)該使用屏蔽線，將低電平的 AC 電壓輸入儀器。 您還應(yīng)該將屏蔽連接到低端。 如果無法避免， 也一定要盡量減少接地回路的面積。相比于低阻抗源， 一個高阻抗源容易拾取到更多的噪聲。 您可以通過與儀器的輸入終端并聯(lián)一個電容的方法，來降低源的高頻阻抗。 您可能需要試驗，以確定適合您應(yīng)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，您可以用這個公式確定誤差。

與被測件有關(guān)聯(lián)的噪聲，雖然極為少見，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， 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，是容易產(chǎn)生誤差的。 如果在同一個開關(guān)卡或模塊上，切換大信號和小信號時必須十分小心。 因為在這種情況下，有可能大信號的充電電源，會在小信號的的通道上釋放。 這時，建議您可以使用兩個不同的模塊，或者將小信號通道與大信號通道分開， 在它們中間增加一個未使用的通道，連接到大地。

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責(zé)任編輯：郭婷