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示波器校准仪校信号产生电路设计.pdf86页
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示波器校准仪校信号产生电路设计
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摘要 摘要 示波器校准仪作为标准信号发生器，用来校准示波器的各项指标。本论文设
计的示波器校准仪校准信号产生电路能产生6种功能信号，分别为幅度校准直流
电平、幅度校准低频方波信号、频率测试正弦信号、时基校准方波信号、快速沿
方波信号及触发测试三角波信号。这些信号用来校准100MHz示波器的一些主要
指标，包括：低频垂直增益、带宽、时基不确定度、上升时间和脉冲失真以及触
发功能。 而当今高性能的信号源大部分通过频率合成技术来实现。频率合成器是利用
一个或多个标准信号，通过各种技术途径产生大量离散频率信号的设备。传统的
频率合成器有直接模拟合成法与锁相环合成法两种。其中，直接数字频率合成 DDS 是近年来发展起来的一种新的频率合成技术，其主要优点有：相对带宽
很宽；频率转换时间极短 可小于20ns ；频率分辨率很高；全数字化结构便于集
成；输出相位连续；频率、相位和幅度均可实现程控。因此，能够与计算机紧密
结合在一起，充分发挥软件的作用。 本文采用DDS芯片和DAC芯片，产生宽频率范围的正弦波信号和高精度的
直流信号，再通过正弦波信号产生方波和三角波信号，加上专门的整形和幅度调
整电路，辅以软件控制，构成了示波器校准仪校准信号产生电路模块。该模块体
积小，稳定度和精度高，方便携带。本文先给出了模块的硬件电路和软件的具体
设计，最后给出了模块的调试结果及分析存在的问题。 关键词：直接数字频率合成，DAC，示波器校准仪，模拟乘法器，运算放大
器 ABSTRACT ABSTRACT Asthe standard calibratorisusedto signal calibratethe generator，Oscilloscope ofthe this specifications Oscilloscope．In signal circuitof paper,
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JJF《线缆测试仪校准规范》解读
【来源/作者】中国计量报 【更新日期】 20:28:53
一、制定背景
线缆测试仪主要用于测试安装成线缆或线束的电子线的交流耐电压、绝缘电阻、线缆直流电阻和线间电容，它通过自动扫描的方法，快速有效地测试各种排线的性能，达到提高工作效率和降低工作强度的目的。电子线是电器设备内部线的一种简称，线路传输主要以弱电信号为主，与强电范畴能量传输的电缆属于不同概念。线缆测试仪通过开关矩阵切换测试接点与内部测试功能，能够同时对32条电子线或更多线路的线缆进行交流耐电压、绝缘电阻、直流导通电阻及线间电容的性能测试。同时它还是一种智能仪器，可以将客户提供的样板线缆作为标准材料，与生产厂商生产的线缆进行比较，保障生产厂商的产品与客户样板参数的一致性。还能够进行测试数据的统计和汇总，对每条线缆测试情况进行分析，供品管部门作为生产质量的参考。线缆测试仪在电脑线缆、信息外设、通信终端、智能仪器等生产厂商中得到广泛应用。
随着IT产业的发展，线缆测试仪在国内外已经生产和使用了十几年，我国暂时没有相关的国家检定规程或校准规范， 导致线缆测试仪的校准无法可依，各地在检定项目、校准方法、标准器的要求及技术要求等方面不能统一，不够规范和完善。针对上述原因，为满足计量溯源和市场的需求， 我院起草的JJF《线缆测试仪校准规范》于日经国家质检总局批准发布，并自日正式实施。
二、制定依据与适用范围
JJF编制时依据了国家计量技术规范JJF 《通用计量术语及定义》、JJF2《测量不确定度评定与表示》、JJF《国家计量校准规范编写规则》，参考了JJG690-2003《高绝缘电阻测量仪(高阻计)检定规程》、JJG795-2004《耐电压测试仪检定规程》、JJG 《电子式绝缘电阻表检定规程》、UL758-2006REV.12:2013 Appliance Wiring Material等标准文件，分别选取多个厂家型号的仪器进行计量性能实验，确定校准项目及技术指标。
线缆(线束)直流及低频等效电路如图1所示，其中，L1、L2为两条平行传输导线，R1、R2分别为L1和L2的导通电阻，R3为L1和L2之间的绝缘电阻，C1为L1和L2的线间电容。
&CTSM& 图1 排线(线缆)直流及低频等效电路图&/CTSM&
依照UL 1581及UL 758标准，电子排线(线缆)的电气性能测试项目及测试设备应包括以下内容(部分):(1)导体直流电阻；(2)耐压试验；(3)绝缘电阻试验；(4)电容和相对电容率试验；(5)导体连续性试验。线缆测试仪主要用于测量线缆的直流及低频参数，它的测试项目应包括以上5个项目。因此，JJF的适用范围是:适用于测试各种弱电线缆(或线束)工频交流耐电压、绝缘电阻、线缆直流电阻、线间电容的线缆测试仪的校准。有一些用于测试通信线缆的高频特性的网络线缆分析仪，其计量特性不在JJF规定的范围之内，不适宜采用本规范的方法进行校准。
三、规范的主要内容
JJF规定了规范的适用范围、引用文件、术语和计量单位、校准方法及校准所用的仪器设备的要求。其主要项目为:(1)开关矩阵的检测；(2)交流耐电压；(3)绝缘电阻；(4)线缆直流电阻；(5)线间电容测量。
线缆测试仪作为智能仪器，在进行线缆检测之前需执行“读线”功能，将样板线缆的网络连接关系读入内部。线缆测试仪在检测线缆的过程中只对有网络连接的线缆进行测试，没有网络连接的线缆就无需测试，可以提高检测效率。因此，在校准线缆测试仪时，连接好标准器和被校仪器后必须先执行“读线”功能，读取网络连接关系，才能正常开展各项目的校准工作。
1.开关矩阵的检测
交流耐电压、绝缘电阻、线缆直流电阻及线间电容测量等项目校准方法已经很成熟，但线缆测试仪有其自身的特点。它的测试接口并不是固定不变的，而是在通过“读线”功能读取线缆的网络连接关系后，通过内部开关矩阵自动切换相应的测试功能及测试接点，在使用常规方法对被校仪器计量性能进行校准之前，需检测其开关矩阵及测试接点的功能是否满足要求。开关矩阵及测试接点的检测可以采用配套接口测试板，找出不合格的开关矩阵及测试接点，在校准中应避免使用这些接点，以免校准数据及结果错误。
接口测试板由以下4种类型测试板组成: 用于设置线缆连接网络及归零直流导通电阻的短路测试板、用于测量导通性能的导通测试板、用于测量绝缘性能的绝缘测试板以及用于测量电容性能的电容测试板。接口测试板的接口应适配被校仪器的测试接口，制作原则应保证检测到所有的开关矩阵及测试接点。为便于操作及记录不合格测试接点，JJF推荐采用“通过式”接口测试板。导通测试板取值为9Ω，绝缘测试板取值为12MΩ，电容测试板取值为1nF，如果被校线缆测试仪的测量范围在上述3种测试板之外，也可以根据其测量范围或者客户的需求选择其他测试点， 选点的原则是在保证测试板准确度的情况下，导通电阻尽量小，绝缘电阻尽量大。
2.线缆测试仪的类型及选点原则
线缆测试仪种类繁多，按测量功能分为简易型和高级智能型。简易型线缆测试仪，只有绝缘报警电阻和导通电阻功能，仪器内部没有升压电路，绝缘报警电阻和导通电阻都是定点设置，被测线缆达到预置的报警电阻值就自动报警。高级智能型的线缆测试仪，有交流耐电压、绝缘电阻、导通电阻和线间电容等功能，各参数都连续可调，电阻电容值直接显示，可以输出1kV交直流电压。因此， 在校准选点时必须考虑仪器功能和类型的差异。
输出电压定点设置或电阻定点设置的线缆测试仪， 内部电压产生电路或电阻设置电路各点相对独立，各点误差受设置点元器件的影响，为全面判断被校仪器的计量性能， 应校准每个输出电压或电阻点。连续可调的线缆测试仪的误差仅取决于量程设置元件和数模转换器，具有良好的线性，仅校准量限范围内的3～5个点即可满足要求。
JJF之7.2.4是测量线缆直流电阻的方法， 线缆测试仪的直流电阻测量范围从0.1Ω～1MΩ不等，跨越了多个十进量程，如果仅选取5个校准点，无法全面覆盖其计量特性。因此，在校准选点时应至少考虑被校仪器测量范围的上限、下限及每一个十进量程，并且不少于5个校准点。
四、规范执行中应注意的问题
1.测试时间的影响
线缆测试仪的测试时间一般为(0.01～10)s，测试时间的长短对测试结果有一定影响。计量校准为保证量值溯源的准确性，应将测试时间设置为最长。在进行开关矩阵扫描时，应在测试时间最短和最长两种情况下分别取一组数据，判断导通电阻测试单元、绝缘电阻测试单元、电容测试单元及开关矩阵受测试时间变化的影响是否超出了仪器的要求。
2.校准泄漏电流的方法
线缆测试仪耐电压功能测量泄漏电流部分与耐电压测试仪击穿报警电流功能不同，线缆测试仪泄漏电流值超过报警电流的设定值，线缆测试仪也不会切断输出电压，而是继续等待所有连接网络都测试完成后，才会显示超过设定电流值的网络及泄漏电流的最大值。因此，校准时必须由高到低调节直流高阻箱电阻，使标准交流电流表由低到高接近校准点，线缆测试仪测试完毕后再记录被校线缆测试仪与标准交流电流表的电流值。
3.失真度的测量
一般失真度测量仪电压输入量程不超过300V，而线缆测试仪交流耐电压功能最高输出电压可达1.5kV，超过了失真度测量仪的输入电压量程，此时应采用交流电压分压器降低输入的电压，使失真度测量仪工作在电压输入量程范围内。线缆测试仪交流耐电压功能是在两条平行导线之间施加交流电压，而不是像常规耐电压测试仪在高压端与地端之间施加交流电压，因此在导线与地端存在电压差。而失真度测试仪的输入接口低端一般接仪表外壳地端。如果直接将失真度测试仪直接连接到高压输出与地端没有隔离的被校仪器， 会使被校仪器的高压输出对地短路，从而导致测试不通过或者损毁仪器的情况出现。因此，校准线缆测试仪输出电压失真度时，应将线缆测试仪的测试导线与外壳地线进行隔离。例如，在保证安全的情况下， 失真度测试仪的电源与被校仪器相隔离，或者使用差分示波器衰减器作输入分压器。
4.绝缘报警电阻
线路导通残余电阻对测量绝缘报警电阻结果无影响，实验结果证明线缆测试仪在归零前与归零后绝缘报警电阻基本保持不变， 因此测量绝缘报警电阻前，不需要消除线路的零位电阻。
5.(瞬时)短路开路的检测
为了提高线缆的检测效率， 部分线缆测试仪具有(瞬时)短路开路功能，可以在短时间内检测线缆的导通电阻是否超过了预制的限值或者线缆间的绝缘电阻是否低于预制的限值。该功能可以按JJF之图5连接，依据JJF之7.2.3.2项的第2)款校准其绝缘报警电阻， 此时若电阻值低于线缆测试仪预制的限值，线缆测试仪报警。也可按JJF之图6连接，依据JJF之7.2.4.2项校准其导通电阻， 此时若电阻值高于线缆测试仪预制的限值，线缆测试仪报警。
【关键词】线缆测试仪，校准规范，，北京世纪奥科&
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