PXIe-4051产品规范

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更新时间2025-09-05
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PXIe-4051产品规范

定义

担保产品规范给出了型号在规定操作条件下的性能，其中内容涵盖于型号质量担保中。

特性给出了型号在规定操作条件下使用的相关值，但其中内容未涵盖于型号质量担保中。

常规产品规范给出了多数型号符合的性能。
额定产品规范给出了基于设计、一致性测试或补充测试的属性。

除非另外声明，否则产品规范为担保产品规范。

条件

除非另外声明，否则产品规范适用于以下条件。

机箱具有≥ 58 W插槽散热容量。
注：关于最大漏极功率机箱依赖关系的详细信息，请参见仪器功能。
2年校准间隔。
预热时间30分钟。
过去24小时内执行的自校准。
环境温度为23 °C ± 5 ºC。
NI-DCPower孔径时间设置为2个电源线周期(PLC)。

PXIe-4051引脚分布

下图显示了PXIe-4051连接器上的接线端。

I/O连接

表 1. 引脚说明
引脚	说明
HI	可灌入直流电位的输入通道接线端。
LO	输入通道接线端以电路公共端为参考。
HI S	HI，远程电压感应。用于补偿HI连接上线缆压降导致的电压测量误差。
LO S	LO，远程电压感应。用于补偿LO连接上线缆压降导致的电压测量误差。
GND ()	连接至机箱（非隔离）接地。用于将通道连接更新为屏蔽接地。

AUX I/O连接器

表 2. 引脚说明
引脚		说明
1	PFI 0	用于数字定时和触发的可编程函数接口。
2	PFI 1	用于数字定时和触发的可编程函数接口。
3	FAULT	设备故障状态输出。
4	INHIBIT	未短接地时，将PXIe-4051输出强制置于抑制状态。可使用预装的跳线将此引脚短接地，以实现正常运行。
5	GND	AUX I/O的接地参考。
6	PFI 2	用于数字定时和触发的可编程函数接口。
7	GND	AUX I/O的接地参考。
8	GND	AUX I/O的接地参考。

仪器功能

表 3. 运行范围
运行模式	范围
DC Voltage	6 V，60 V
DC Current	4 A，40 A
恒定电阻	1 kΩ
恒定功率^[1]¹ PXIe-4051的恒功率运行范围取决于设备所在机箱的冷却能力。具有58 W插槽冷却功能的机箱可支持150 W的恒定功率范围，而具有82 W插槽冷却功能的机箱可支持300 W的恒定功率范围。	150 W, 300 W

直流电压量程	6 V，60 V
直流电流量程	4 A，40 A

注：关于在低于V_min的电压下工作的详细信息，请参见下图。

注： PXIe-4051电子负载是在第四象限（漏极功率）下运行的单象限仪器。为了匹配电子负载的历史行业行为，PXIe-4051文档的其他所有部分和NI-DCPower驱动程序都使用正号来表示电流电平/限值和测量值。如需实现与SMU仪器的代码兼容性，可使用仪器模式属性确定NI-DCPower使用的符号约定。

表 4. 最小电阻限制区域
最小工作电压(V_min)	40 A时为500 mV，典型值
最小阻力(R_min)	12.5 mΩ，典型值

注：当电流限制在V_input/R_min电平以下时，工作电压可能会低于V_min。将电平配置为图2曲线之外的数值时，功率级将在R_min达到饱和，从而导致无法调节。

表 5. 直流漏极功率
机箱类型	最大直流漏极功率
PXIe-1084^[2]² PXI Platform Services的驱动程序必须更新至2023 Q2或更高版本。, PXIe-1092, PXIe-1095	300 W
58 W插槽散热容量	150 W
38 W插槽散热容量	不支持

电压

表 6. 电压编程和测量精度/分辨率
量程	分辨率（噪声受限）	噪声（0.1 Hz至10 Hz，峰峰值，典型值）	精度±（电压的百分比+偏移） ^[3]³ 关于其他精度降额和条件的信息，请参阅远端感应。	温度系数^[4]⁴ 温度系数适用于23 °C ± 5 °C以上，T_cal ± 5 °C以内的环境温度。±（电压的百分比+偏移）/°C
量程	分辨率（噪声受限）	噪声（0.1 Hz至10 Hz，峰峰值，典型值）	T_ambient23 °C±5 °C，T_cal^[5]⁵ T_cal是在上次自校准完成时由PXIe-4051记录的内部设备温度。±5 °C	T_ambient 0 °C至40 °C，T_cal ± 5 °C
6 V	1 μV	6 μV	0.03% + 600 μV	0.0005% + 1 μV
60 V	10 μV	60 μV	0.03% + 6 mV	0.0005% + 1 μV

电流

表 7. 电流编程和测量精度/分辨率
量程	分辨率（噪声受限）	噪声（0.1 Hz至10 Hz，峰峰值，典型值）	精度±（电流的百分比+偏移）	温度系数^[6]⁶ 温度系数适用于23 °C±5 °C以上，T_cal± 5 °C以内的环境温度。±（电压的百分比+偏移）/°C
量程	分辨率（噪声受限）	噪声（0.1 Hz至10 Hz，峰峰值，典型值）	T_ambient23 °C±5 °C，T_cal^[7]⁷ T_cal是在上次自校准完成时由PXIe-4051记录的内部设备温度。±5 °C	T_ambient 0 °C至40 °C，T_cal ± 5 °C
4 A	10 μA	60 μA	0.05% + 700 μA	0.003% + 2 μA
40 A	100 μA	350 μA	0.07% + 13 mA	0.0039% + 20 μA

Constant Resistance

表 8. 电阻编程和测量精度/分辨率
范围	电压范围	电流范围	功率限制	精度 ± (电阻% + 偏移量)
范围	电压范围	电流范围	功率限制	T_ambient23 °C±5 °C，T_cal^[8]⁸ T_cal是在上次自校准完成时由PXIe-4051记录的内部设备温度。±5 °C
0至1 kΩ	60 V	40 A	300 W	0.1% + 偏移量^[9]⁹ 参考<FIGTITLE>查找基于运行条件的偏移误差。

Constant Power

表 9. 功率编程和测量精度/分辨率
范围	电压范围	电流范围	精度 ± (功率% + 偏移量)
范围	电压范围	电流范围	T_ambient23 °C±5 °C，T_cal^[10]¹⁰ T_cal是在上次自校准完成时由PXIe-4051记录的内部设备温度。±5 °C
0 W～300 W	60 V	40 A	0.1% + 1 W

注：使用恒压模式或恒流模式以获得最佳精度。恒定功率模式和恒定电阻模式均来自电压和电流测量，这是电子负载的特性。

噪声

下图说明了PXIe-4051测量噪声与测量孔径时间的函数关系。

注：当孔径时间设置为两个电源线周期(PLC)时，测量噪声会略有不同，具体取决于电源线频率属性是设置为50 Hz还是60 Hz。

注：使用直流噪声抑制属性可配置正常或二阶直流噪声抑制。

输入

可编程导通电压

表 10. 导通电压阈值(Von/Voff)编程精度/分辨率
精度	±（阈值设定值的6% + 50 mV），典型值
分辨率	30 mV，常规值

注：有关更多信息，请参考PXIe-4051用户手册中的Vload_min、开启行为和导通电压设置。

保护

通道保护
温度过高	自动关闭
功率过大	自动关闭
电流过载	自动关闭

串联和并联运行

相同额定值的电子负载模块可在恒流模式下并联使用。NI不建议串联使用负载模块。

瞬态响应

表 11. 直流电流瞬态响应性能
瞬态响应设置	上升时间^[11]¹¹ 以设定值瞬态10%到90%的瞬态时间来测量。	边沿斜率^[12]¹² 测量方法是电流变化除以设定值瞬态10%和90%之间的时间。	设定值阶跃条件
慢	443 μs上升时间	0.07 A/μs	1 A至39 A
常规	53 μs上升时间	0.59 A/μs
快	10 μs上升时间	3 A/μs

表 12. 直流电压瞬态响应性能
瞬态响应设置	上升时间^[13]¹³ 以设定值瞬态10%到90%的瞬态时间来测量。	边沿斜率^[14]¹⁴ 测量方法是电流变化除以设定值瞬态10%和90%之间的时间。	设定值阶跃条件
慢	26.4 ms，典型值	0.001 V/μs	1 V至50 V
常规	1.2 ms，典型值	0.033 V/μs
快	103 μs，典型值	0.38 V/μs

注：这些速率是SourceAdapt预设的典型值。根据设置和配置的不同，使用自定义瞬态响应可能会提高边沿斜率，使其超出所示性能。将增益带宽设置为高于系统和设置物理允许的值（由于线缆、电感、电容等原因）可能会导致不稳定。

表 13. 设定值边沿斜率可编程范围
NI-DCPower属性	电流电平范围	可编程范围
电流电平上升边沿斜率/电流电平下降边沿斜率	4 A	10 nA/μs至2.4 A/μs
电流电平上升边沿斜率/电流电平下降边沿斜率	40 A	10 nA/μs至24 A/μs

注：

可实现的最大边沿斜率受限于编程增益带宽以及设置和系统的限制。使用可编程边沿斜率可获取较低的边沿斜率、独立的上升和下降斜率，或序列中每个步骤的唯一边沿斜率。
如果将边沿斜率编程为低于序列/阶跃时间，则无法在该阶跃定时内实现稳态编程电流或电压。
可编程边沿斜率仅适用于恒流模式。
有关详细信息，请参见PXIe-4051用户手册中的瞬态响应。

远端感应

电压精度	如果超出最大感应引线电阻规格，则每1 Ω感应引线电阻会增加5 ppm的电压测量值。
最大感应引线电阻	1 Ω

测量和更新定时特性

注：在以下部分，NI-DCPower API中提到的源实际上是指电子负载的漏极功能。

可用采样率^[15]¹⁵ 在获取和测量时，源延迟和孔径时间都会影响采样率。在进行测量记录时，只有孔径时间会影响采样率。

(1.8 MS/s)/N，其中N = 1、2、3...2²⁴，额定值

采样率精度

等于PXIe_CLK100的精度，额定值

主机最大测量速率

每通道1.8 MS/s，连续，额定值

最大更新速率^[16]¹⁶ 若源延迟经过调整或使用高级序列生成时，最大更新速率会有所不同。
序列模式	100,000次更新/秒（每次更新10 μs），额定值

输入触发至
源事件延迟	10 μs，额定值
源事件抖动	4 μs峰峰值，额定值
测量事件抖动	2 μs峰峰值，额定值

使用NI SourceAdapt优化瞬态响应

NI SourceAdapt可针对以下条件优化系统的瞬态响应和互连：

边沿斜率更高
过冲减少
振铃

DUT和电子负载之间的线缆较长和电感较高可能会导致系统不稳定或发生振荡。下图举例说明了如何使用SourceAdapt优化线缆长度较长或线缆电感较高且所需电流设定值较高的系统。

在使用SourceAdapt进行调整之前，可将边沿斜率（如可调节）设置为最大值，这样边沿斜率限制就不会掩盖系统可能具有的最佳上升时间。

下图是采用恒流模式和长线缆的系统中初始瞬态响应的范例。振铃和边沿斜率受系统电感的限制。

使用增益带宽(GBW)属性可降低系统带宽，直至振荡可接受且无过冲。

NI建议使用上图中系统电感限制上升时间的GBW，公式如下：

G B W = \frac{.35}{2 * R i s e T i m e}

上升时间必须保持在一定的限制范围内，具体取决于给定的边沿斜率和系统的谐振频率。这些限制受线缆的固有电感影响。平衡这些因素对于确保系统正常运行并保持稳定至关重要。如果系统处于完全振荡状态，可先设置一个较低的GBW（1 kHz或更小）稳定下来，然后再进一步调整。

通过调整补偿频率和零极点比来调整响应，可在系统中增加极点和零点。例如，通过调整补偿频率使其等于GBW，并缓慢地将零极点比降低到小于1(<1)，便可以优化阶跃响应。

注：在调整过程中，线程速度缓慢。过度补偿可能会导致过冲和/或振荡。

极点频率和零点频率由下列公式计算得出。

极点频率 = 补偿频率 * \sqrt{极零比}

零点频率 = \frac{补偿频率}{极零比}

这些设置可通过源访问：瞬态响应设置为自定义和源：瞬态响应。电压或电流设置取决于属性节点中的源模式。

触发特性

注：在以下部分，NI-DCPower API中提到的源实际上是指电子负载的漏极功能。

输入触发

类型

开始，源，序列推进，测量

源（PXI触发线<0...7>）
极性	有效高电平（不可配置）
最小脉冲宽度	100 ns，额定值

目标^[17]¹⁷ 脉冲宽度和逻辑电平符合PXI Express硬件规范修订版1.0 ECN 1。^，^[18]¹⁸ 输入触发可重新导出。（PXI触发线<0...7>）
极性	有效高电平（不可配置）
脉冲宽度	>200 ns，典型值

输出触发（事件）
类型	源完成，序列循环完成，序列引擎完成，测量完成

目标^[19]¹⁹ 脉冲宽度和逻辑电平符合PXI Express硬件规范修订版1.0 ECN 1。^，^[20]²⁰ 输出触发可重新导出。（PXI触发线<0...7>）
极性	有效高电平（不可配置）
脉冲宽度	>230 ns，典型值

故障

连接器	AUX I/O
方向	输出
逻辑类型	3.3 V CMOS
极性	有效低电平（不可配置）

安全电压和电流

采用用户手册中未提及的其他方式操作机箱可能影响PXIe-4051提供的保护。

警告在危险电压下操作本产品时，应采取预防措施以避免触电。

注意隔离电压额定值适用于在任何通道引脚和机箱接地引脚之间测得的电压。当通道串联或浮动在外部参考电压之上时，确保没有接线端超过此额定值。

注意 Les tensions nominales d'isolation s'appliquent à la tension mesurée entre n'importe quelle broche de voie et la masse du châssis.Lors de l'utilisation de voies en série ou flottantes en plus des références de tension externes, assurez-vous qu'aucun terminal ne dépasse cette valeur nominale.

直流电压

60 V

通道对地隔离
连续	150 VDC，CAT I
耐压性	800 Vpk

注意在Measurement Category II、III和IV中，请勿使用PXIe-4051连接信号或进行测量。

注意 Ne connectez pas le PXIe-4051 à des signaux et ne l'utilisez pas pour effectuer des mesures dans les catégories de mesure II, III ou IV.

Measurement Category I适用于在不直接连接配电系统（MAINS电压）的电路上进行的测量。MAINS是对设备供电的电源系统，可能对人体造成伤害。该类测量主要用于受二级电路保护的电压测量。这类电压测量包括：信号电平、特种设备、设备的特定低能量部件、稳压低压电源供能的电路和电子设备。

注： Measurement Category CAT I和CAT O等同。该类测试测量电路用于其他电路，不能直接连接使用MAINS建筑物电源的Measurement Category CAT II、CAT III或CAT IV电路。

直流电流量程

4 A

40 A

物理

尺寸

3U，三插槽，PXI Express/CompactPCI Express模块

6.0 cm × 13.0 cm × 23.7 cm (2.4 in. × 5.1 in. × 9.3 in.)

重量
PXIe-4051	1010 g (35.6 oz)

前面板连接器
输入通道	OMNIMATE Hybrid，7.62 mm（4位），2.54 mm（6位）
AUX I/O	MICRO COMBICON - DFMC 0、5、2.54 mm（8位）

校准间隔

访问ni.com/calibration可获取与PXIe-4051校准服务相关的校准认证和信息。

表 14. 校准间隔
校准间隔	2年

电源要求

PXI Express电源要求
PXIe-4051	3.3 V电源轨1 A，12 V电源轨1.7 A

环境特性

温度
运行环境	0 °C至40 °C
存储	-40 °C至71 °C

湿度
运行环境	10% RH至90% RH，无凝结
存储	5% RH至95% RH，无凝结

污染等级

最高海拔

2000 m

冲击和振动
运行环境振动	5 Hz至500 Hz，0.3 g均方根
非运行环境振动	5 Hz至500 Hz，2.4 g均方根
运行环境冲击	30 g，半正弦，11 ms脉冲

计算精度范例

注：范例中列出的规范仅用于演示，不一定反映该设备的规范。

范例1：计算5 °C时的精度

计算下列条件下，40 A量程内20 A输入的编程/测量精度：


环境温度	28 °C
内部设备温度	T_cal内^[21]²¹ T_cal是在上次自校准完成时由PXIe-4051记录的内部设备温度。± 5 °C
自校准	过去24小时内。

解决方案

由于设备内部温度范围为T_cal^[22]²² T_cal是在上次自校准完成时由PXIe-4051记录的内部设备温度。±5 °C，且环境温度在23 °C ± 5 °C范围内，对应的精度规范为：

0.07% + 13 mA

使用下列公式计算精度：

精度 = 20 A * 0.07 % + 13 mA

= 14 mA + 13 mA

= 27 mA

因此，实际输入将为20 A ± 27 mA。

范例2：计算远端感应精度

计算在60 V量程内测量15 V的远端感应精度。假设条件与范例1相同，不同之处如下：


HI感测线的电阻	5 Ω
LO感测线的电阻	1.5 Ω

解决方案

由于设备内部温度范围为T_cal^[23]²³ T_cal是在上次自校准完成时由PXIe-4051记录的内部设备温度。±5 °C，且环境温度在23 °C ± 5 °C范围内，对应的精度规范为：

0.03% + 6 mV

由于设备正在使用远程感应，并且感测线的电阻超过了最大感测线的电阻规范，请使用远端感应精度规范。

每1 Ω感测线电阻增加5 ppm的电压测量值。

使用下列公式计算远端感应精度：

精度 = (15 V * 0.03 % + 6 mV) + (15 V * 5 ppm/Ω) * (5 Ω + 1.5 Ω - 1 Ω)

= 10.5 mV + 488 μV

= 10.988 mV

因此，实际输入将为15 V ± 10.988 mV。

范例3：使用温度系数计算精度

计算40 A量程内10 A负载的精度。假设条件与范例1相同，不同之处如下：


环境温度	15 °C

解决方案

由于设备内部温度范围为T_cal^[24]²⁴ T_cal是在上次自校准完成时由PXIe-4051记录的内部设备温度。±5 °C，对应的精度规范为：

0.07% + 13 mA

由于环境温度超出23 °C ± 5 °C，请在23 °C ± 5 °C范围之外，每摄氏度使用以下温度系数：

0.0039% + 20 µA

使用下列公式计算精度：

温度 变化 = (23 ° C - 5 ° C) - 15 ° C = 3 ° C

精度 = (10 A * 0.07 % + 13 mA) + (10 A * 0.0039 % / ° C + 20 µA / ° C) * 3 ° C

= 20 mA + 1.23 mA

= 21.23 mA

因此，实际输入将为10 A ± 21.23 mA。

¹ PXIe-4051的恒功率运行范围取决于设备所在机箱的冷却能力。具有58 W插槽冷却功能的机箱可支持150 W的恒定功率范围，而具有82 W插槽冷却功能的机箱可支持300 W的恒定功率范围。

² PXI Platform Services的驱动程序必须更新至2023 Q2或更高版本。

³ 关于其他精度降额和条件的信息，请参阅远端感应。

⁴ 温度系数适用于23 °C ± 5 °C以上，T_cal ± 5 °C以内的环境温度。

⁵ T_cal是在上次自校准完成时由PXIe-4051记录的内部设备温度。

⁶ 温度系数适用于23 °C±5 °C以上，T_cal± 5 °C以内的环境温度。

⁷ T_cal是在上次自校准完成时由PXIe-4051记录的内部设备温度。

⁸ T_cal是在上次自校准完成时由PXIe-4051记录的内部设备温度。

⁹ 参考<FIGTITLE>查找基于运行条件的偏移误差。

¹⁰ T_cal是在上次自校准完成时由PXIe-4051记录的内部设备温度。

¹¹ 以设定值瞬态10%到90%的瞬态时间来测量。

¹² 测量方法是电流变化除以设定值瞬态10%和90%之间的时间。

¹³ 以设定值瞬态10%到90%的瞬态时间来测量。

¹⁴ 测量方法是电流变化除以设定值瞬态10%和90%之间的时间。

¹⁵ 在获取和测量时，源延迟和孔径时间都会影响采样率。在进行测量记录时，只有孔径时间会影响采样率。

¹⁶ 若源延迟经过调整或使用高级序列生成时，最大更新速率会有所不同。

¹⁷ 脉冲宽度和逻辑电平符合PXI Express硬件规范修订版1.0 ECN 1。

¹⁸ 输入触发可重新导出。

¹⁹ 脉冲宽度和逻辑电平符合PXI Express硬件规范修订版1.0 ECN 1。

²⁰ 输出触发可重新导出。