新一代數(shù)字萬用表助力模擬電路故障診斷

圖4 萬用表測(cè)試結(jié)果

頻譜儀受頻率測(cè)量范圍和頻率分辨率的限制，很難發(fā)現(xiàn)這個(gè)50Hz電源干擾。DM3068在低頻時(shí)域測(cè)量中的高速、高精度、低噪聲和高頻抑制力強(qiáng)等特點(diǎn)正好彌補(bǔ)了示波器和頻譜儀的不足，有助于揭示“靈異事件”的真相。

用直方圖發(fā)現(xiàn)隱蔽干擾
當(dāng)信號(hào)/干擾極微弱，并淹沒在電路自身的噪聲中時(shí)，借助直方圖統(tǒng)計(jì)分析方法可以將其暴露出來。

DM3068具備實(shí)時(shí)直方圖統(tǒng)計(jì)功能，結(jié)合低噪聲和大動(dòng)態(tài)范圍的特性，有助于測(cè)試微弱信號(hào)和干擾。

圖5是使用直方圖觀測(cè)被本底噪聲淹沒的信號(hào)的實(shí)例。圖左側(cè)是電路本底噪聲的時(shí)域波形（下方，垂直方向是時(shí)間軸方向。下同。）及其直方圖，該噪聲基本符合高斯分布，認(rèn)為是白噪聲。圖右側(cè)是電路加入一個(gè)3μVpp左右的脈沖方波后的測(cè)試結(jié)果。對(duì)比時(shí)域波形，右側(cè)信號(hào)波形跟左側(cè)白噪聲波形很相像，電壓平均值也相接近，不能直觀地判定兩種波形的區(qū)別。但是對(duì)比兩者的直方圖可以明顯發(fā)現(xiàn)兩種信號(hào)的區(qū)別，而且通過右側(cè)直方圖可以推斷加入的信號(hào)有低電平分量，且該低電平分量出現(xiàn)概率不大，近似于占空比很小的負(fù)脈沖。

圖5 直方圖發(fā)現(xiàn)淹沒的信號(hào)

超低功耗電路的電壓、電流測(cè)試
超低功耗電路測(cè)試通常要求儀器能夠測(cè)試nA級(jí)弱電流，同時(shí)電壓測(cè)量的輸入阻抗趨于無窮大。一般的手持式萬用表無法測(cè)量nA級(jí)電流，電壓測(cè)量的輸入阻抗固定為10MΩ，不能滿足超低功耗電路的測(cè)試需求。

圖6是一種超低功耗設(shè)備的入侵檢測(cè)電路。常閉開關(guān)S1用于入侵檢測(cè)，設(shè)備外殼被破壞時(shí)開關(guān)S1斷開。該電路中二極管D1用作超低電流的上拉元件，其反向漏電流Is約為10nA。一旦外殼被破壞，S1斷開，D1將控制器MCU的管腳DET拉高，產(chǎn)生上升沿作為入侵觸發(fā)信號(hào)。這個(gè)電路的主要測(cè)試項(xiàng)目有二極管反向漏電流Is，開關(guān)S1閉合時(shí)的DET電平，開關(guān)S1斷開時(shí)的DET電平，開關(guān)S1閉合到斷開過程中DET管腳的電壓上升沿波形。

圖6 入侵檢測(cè)電路

常規(guī)儀表無法有效完成以上測(cè)試，DM3068數(shù)字萬用表直流電流最小分辨率高達(dá)100pA, 可以滿足Is的測(cè)試需求；直流電壓20V（范圍比競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品大一倍）及以下?lián)跷挥写笥?0GΩ的輸入阻抗，并且輸入偏流小于100pA，結(jié)合其數(shù)據(jù)繪圖、電平觸發(fā)和預(yù)觸發(fā)功能，能夠?qū)崟r(shí)捕獲并顯示DET管腳波形，可以像使用示波器一樣輕松完成上升沿波形和電平測(cè)試。

查找電路板中的短路
手工焊接過的電路板常常會(huì)有焊屑導(dǎo)致的短路，而且焊屑一般藏在元件底部，不易查找。一旦電路板上的電源跟地短路，接在該電源和地之間的所有元件都成了可疑對(duì)象。逐個(gè)排查可以解決問題，但是非常費(fèi)勁。

如果被短路的電源上只有一處短路，那么遠(yuǎn)離短路點(diǎn)的位置由于串聯(lián)了PCB電阻因而對(duì)地電阻較大，因此只要找到對(duì)地電阻最小的位置就能定位短路。

如圖7所示，Rp1～Rp(n)是+5V電源線的PCB電阻，阻值均為1mΩ；Rn1～Rn(m)是GND地線的PCB電阻，阻值均為1mΩ；C1～C5是+5V電源的退耦電容。假設(shè)在電容C2下方隱藏有短路，那么在C2處測(cè)得的電阻為0mΩ；在C1處測(cè)得的電阻C2處測(cè)得電阻加上Rp1和Rn1，共為2mΩ；同樣的道理，C3～C5處測(cè)得的電阻依次是2mΩ、4mΩ和6mΩ。C2處測(cè)得的電阻最小，因而可以斷定C2下方有短路。

圖7 有短路的等效電路