測電流就宕機(jī)，萬用表惹的禍？ C 雷人的測試故事(3)

有一位仁兄，從事軍用計(jì)算機(jī)的測試工作。軍用計(jì)算機(jī)的要求與我們民用的有很大的區(qū)別。如果我們自己選用的PC機(jī)，我們關(guān)心的可能是CPU的速度、存儲器、內(nèi)存、顯卡等等。但軍用計(jì)算機(jī)需要考慮的首要問題，就是可靠性。例如，工作溫度可能要從零下十幾度到零上幾十度， 還要考慮防塵、防震、電磁干擾等等。

這位仁兄在做計(jì)算機(jī)的環(huán)境試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題。隨著計(jì)算機(jī)的工作環(huán)境溫度逐漸升高時(shí)，出現(xiàn)了不正常的工作狀態(tài)， 而直接體現(xiàn)在了CPU 的工作電流出現(xiàn)異常的變化。

該計(jì)算機(jī)有幾路不同的電壓供電， 包括1.8V, 3.3V和 5V。他希望通過監(jiān)測CPU在環(huán)境溫度上升中的多路電流的變化過程，來判斷溫度、電流和失效狀態(tài)的關(guān)系，進(jìn)而改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高可靠性。但在具體實(shí)施過程中，就發(fā)現(xiàn)了問題。

相信眾多的同仁們第一想到的是利用示波器加電流探頭的方法。 但可惜的是，示波器電流測量分辨率和精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求， 況且，電流探頭在長時(shí)間工作后，自己就會產(chǎn)生漂移;在溫度箱中接入電流探頭也不容易。

第二個(gè)方法就是串入數(shù)字萬用表，這位仁兄開始也是這么做的。但沒想到的是，當(dāng)串入萬用表后，CPU的溫度還沒開始變呢，系統(tǒng)就宕機(jī)了!對此他百思不可理解。于是，找到了老赤腳醫(yī)生。

老赤腳醫(yī)生通過診斷，判斷這是由于萬用表測電流時(shí)的內(nèi)阻造成的。絕大多數(shù)萬用表的電流測量，是利用內(nèi)置的分流器， 通過測量電流產(chǎn)生的壓降，獲得電流值。例如，在Agilent 34401A 數(shù)字萬用表中，最大的電流量程所用的內(nèi)阻是0.1歐姆。實(shí)際上，如果輸入電壓比較高，例如在15V以上，內(nèi)阻造成的壓降，對大多數(shù)的測量來講可能不是大問題。 這也是很多工程師平時(shí)不太在意這個(gè)問題的原因。 但在這個(gè)測量過程中，CPU的工作電壓最小的只有1.8V， 如果通過3A的電流，將造成0.3V的壓降，相當(dāng)于輸入電壓被降低到了1.5V， 這樣就可能會惹上麻煩了!

當(dāng)然，遇到這種問題，老赤腳醫(yī)生也感到很棘手。思考再三，拿出來了2 個(gè)偏方：用電源來完成CPU電流的長期監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。

第一個(gè)偏方是采用N6705B 直流電源分析儀，配備了三個(gè)模塊，包括2個(gè)N6752A(50V, 10A， 4mA 的電流回讀精度)和1個(gè)N6762A 精密模塊(50V， 3A， 0.16mA的電流回讀精度)。將這3路電源直接替代CPU本身的供電電源，在為CPU供電的同時(shí)，連續(xù)監(jiān)測CPU每一路的工作電流。由于電源輸出的遠(yuǎn)端回讀功能，無論工作電流怎么變，都能確保CPU端的電壓精確控制在需要的工作電壓。這樣測量的還有一個(gè)好處，就是可以通過調(diào)整電源的輸出電壓，來評估CPU工作電源范圍的容限。

第二個(gè)偏方就是利用一些特殊電源測量電流的特性， 例如Agilent N6782A SMU電源模塊。它的內(nèi)阻幾乎是零，而且有無縫量程切換功能，測量精度可以到達(dá)8nA, 它在這里就充當(dāng)了一個(gè)零內(nèi)阻、高精度、高動態(tài)范圍的安培計(jì)。 具體實(shí)施方案是這樣的：在N6705B 直流電源分析儀中， 裝入了3個(gè)N6782A SUM模塊 (20V/3A, 8nA 電流回讀精度)。 在測量電流的時(shí)候，將這幾路模塊串入了電流回路， 并設(shè)置了0V的輸出電壓。啟動長時(shí)間數(shù)據(jù)采集功能，就可以非常順利地、長時(shí)間精確檢測電流。如圖1所示。

這兩個(gè)偏方都可以進(jìn)行對電流長時(shí)間數(shù)據(jù)采集，而且無需計(jì)算機(jī)編程和控制。第二偏方的優(yōu)勢是非常精確，但成本也比較高。 最后，這位仁兄采用了第一個(gè)偏方，非常順利地解決了這個(gè)問題。