通過正確的線纜連接減少測(cè)量誤差

隨著產(chǎn)品的復(fù)雜程度越來越高，對(duì)測(cè)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(cè)件正確的布線和接地方法，以達(dá)到減少測(cè)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(cè)量設(shè)置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自動(dòng)測(cè)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(huì)影響您選擇的電纜類型：

信號(hào)的要求—如電壓、頻率、準(zhǔn)確性和測(cè)量速度。

互連的要求—比如線纜直徑、電纜長(zhǎng)度和電纜布線。

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

國(guó)際上通常會(huì)用到各種各樣的方法標(biāo)定電纜。請(qǐng)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(biāo)：

標(biāo)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(hào)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(duì)電纜的阻抗有特別的要求。

絕緣電壓—對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(huì)用到儀器特殊的感應(yīng)線，例如數(shù)字萬用表四線電阻測(cè)量和高性能電源的遠(yuǎn)端感應(yīng)，可以補(bǔ)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(zhǎng)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(gè)單獨(dú)的地環(huán)路：

1.第一是信號(hào)的接地。您還需要在高電平信號(hào)、低電平信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間，提供分開的信號(hào)地。

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

3.第三是個(gè)接地是用于機(jī)箱、機(jī)架和機(jī)柜。交流電源接地一般應(yīng)連接到這第三個(gè)接地。

一般情況下，對(duì)于頻率低于1 MHz或低電平信號(hào)，使用單點(diǎn)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(diǎn)接地是必須的。最重要一點(diǎn)，特別是對(duì)于小信號(hào)或最精確的測(cè)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(duì)于1 MHz和10 MHz之間的信號(hào)，您可以使用單點(diǎn)接地系統(tǒng)，如果最長(zhǎng)的地線回路不超過波長(zhǎng)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(huì)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(duì)于頻率在100 MHz以上信號(hào)，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(duì)電磁耦合的方法。在幾百千赫以下的信號(hào)，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(duì)1MHz以下的信號(hào)可以提供的最大保護(hù)，但要確保屏蔽不是會(huì)用戶傳導(dǎo)任何信號(hào)。

分離小信號(hào)和大信號(hào)

如果信號(hào)之間的強(qiáng)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(gè)信號(hào)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(shí)，切勿影響到臨近通道的連接和功能。