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2021年01月31日 | 关于Keysight万用表的性能分析和应用介绍

2021-01-31 来源:elecfans

在两周前的分析中,我们看到Keysight新一代万用表使用了同样的硬件平台,尤其是34465A与34470A的主电路板简直完全相同。这可是售价相差一倍的六位半与七位半万用表,难道两者之间真的差别仅仅是软件截取位数的不同么...我们今天接着唠一下。


虽然主板上所有焊接元器件完全相同,但两者之间还是存在差别。请注意下图的中心部分。在34460/61/65A三款六位半万用表的主电路中心位置有一个白色圆形器件,这是LinearTechnology的LM399电压基准芯片。被广泛用在六位半数字万用表中,作为电压基准。温度系数为0.5ppm/°C,价格大约是40~50人民币。这也是34401/10/11A老款六位半万用表的御用电压基准。

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而34470A则选用了更高等级的电压基准芯片,它就是LinearTechnology的LTZ-1000(安装在同样位置处)。其温度系数达到了变态的0.05ppm/ºC,高出一个数量级。在万能的大淘宝上,我们查到LTZ-1000的价格大约在400~500人民币左右。
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早年在3458A中使用的电压基准就是这块芯片,下图是3458A的参考电压电路,右下角就是这块芯片。
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这两块芯片也是所有主流六位半以上万用表的标配。顺便说一句,基本上所有台式万用表的最高精度量程都是10V档,这是因为这些万用表使用这两款芯片配合放大电路产生+/-10V的基准电压,这个量程下输入信号不需要进行其他放大或衰减处理,直接与基准电压比较。而其他任何信号调理都会进一步产生额外的误差。

在Keysight的官网上我们也可以查到相关的一些信息,在零部件查询系统里,我们找到了一块型号为34470-66303,被称为PCA参考的可订购器件。这块器件的价格是US$381.00,造成34465A与34470A之间1300美元价格差异的唯一硬件区别,就在这块售价381美元的小电路板上的一块价值500人民币的电压基准芯片。
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我们来看一下这块基准芯片在34470A上的安装情况。在下面的图中白色的金属屏蔽罩,就是34470A中覆盖LTZ-1000所在电路的部分,使用白色塑料罩可以隔绝后端散热风扇引起的空气流动造成的温度变化。而34465A该位置被LM399所取代,也就是上面图片中间部分那个白色的圆形器件。
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如果打开外面的屏蔽盒,就可以看到里面的小电路板了。左边的圆形器件就是LTZ-1000,经过一块1013放大器,产生稳定的参考电压提供给测量单元。
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电路板背面的贴纸上显示的字符说明这就是我们在官网上查到的编号。
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LTZ-1000电路板的设计也很有意思,可以看到周围有镂空的部分,主要是为了防止冷热变化造成的电路板形变对芯片的管脚产生压力,而导致输出精度受到影响。我们在网上随便找了几块同样是LTZ1000芯片的参考设计电路,大家可以一起观摩一下。
这是国内的一位大神古人设计的电压基准,无论用料上还是设计上,都非常牛。
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用了Vishay的电阻和WIMA电容,电压基准芯片用泡沫塑料包裹起来防止气流和温度变化的影响,看起来很养眼。
关于Keysight万用表的性能分析和应用介绍

这是德国一位工程师TiN设计的LTZ-1000电路。

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翻回来说,Keysight这两款万用表的所有硬件区别,就在所选用的电压基准芯片上。那么,这种硬件差别在使用上会给我们造成什么影响呢?以及,这到底值不值一倍的差价?

这里我们再对比一下两款万用表的长期精度指标。在指标说明书中的两年期精度上,可以看到34470A的误差范围几乎是34465A的一半,说明在长期稳定性上,34470A还是有很大优势的。另外在温度系数指标上,34470A为1ppm,而34465A是2ppm,这也得益于LTZ-1000优异的温度指标。
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34470A的两年期精度几乎与34465A的90天精度相当,这可以大幅度减少仪表的校准频率,提高使用效率,对高精度用户来说是一个比较大的优势。但无论如何,34465A的短期精度已经与34470A相当,软件多截取的一位数据并不能把34470A的精度提高更多。

所以在预算有限的情况下,34465A是性价比非常高的选择。很多国外用户在看到34465A推出后,纷纷将手里的34461A进行置换。毕竟两者的差价不到300美元,却使用了一些更高等级的器件,并且可以支持50KHz采样和更大的存储空间,发挥图形化显示界面的优势。所以我们认为34465A应该是Keysight新万用表平台的最佳性价比之选。


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