專家談測試：通過正確的線纜連接減少測量誤差

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(dá)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(zhǔn)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(hù)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(biāo)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(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(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(dú)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(dá)、 和大功率設(shè)備。
3. 第三是個接地是用于機(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(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(diǎn)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(hù)，但要確保屏蔽不是會用戶傳導(dǎo)任何信號。