DMM의 읽기 속도 조정

DMM의 읽기 속도를 컨트롤하려면, DMM의 측정 주기를 이해하는 것이 중요합니다. 그림 1과 그림 2는 각각 NI 407X와 NI 4065의 측정 주기를 보여줍니다.  다음은 측정 주기의 각 위상에 대한 간략한 설명입니다.

그림 1: NI 407X 측정 주기

그림 2: NI 4065 측정 주기

측정 주기의 위상

• 스위치 시간 - 다음 측정을 위해 DMM의 아날로그 회로를 설정하기 위해 내부 스위치 시간이 필요합니다. 
• ADC 교정 - 매우 정밀한 내장 전압 참조를 측정하여 내부 DMM 게인 에러를 보정하는데 사용됩니다.  이는 NI 4070/4071/4072 DMM에만 해당하는 기능으로, 측정 속도를 적절하게 조절하여 장기적인 정확도를 얻을 수 있습니다.
• 자동 영점 조정 - 접지를 측정하고 차이를 조정하여 내부 DMM 오프셋을 보정하는데 사용됩니다.  NI 407x 디바이스의 경우, 원하는 정확도에 따라 자동 영점 조정(Auto Zero)을 켜거나 끌 수 있습니다.  NI 4065 디바이스의 경우, 자동 영점 조정은 항상 켜져 있기 때문에 측정에 추가적인 시간이 추가되지 않습니다.
• 안정 시간 - 측정을 수행하기 전에 DMM 회로가 안정되도록 허용합니다.  DMM 입력이 다른 전압이나 저항에 연결될 때마다, DMM은 소스와 상호작용하여 안정 시간이 있는 RC 회로처럼 동작합니다.
• 애퍼처 시간 - DMM이 측정을 수행하는 주기. 분해능, 측정 속도, 주파수 제거는 모두 애퍼처 시간의 함수입니다.                                             

사이클의 각 부분은 측정의 정확도와 분해능에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 안정 시간이 길수록 분해능이 높아집니다. 측정 주기의 특정 부분과 측정에 미치는 영향에 대한 자세한 내용은 NI 디지털 멀티미터 도움말 파일을 참조하십시오.

407x 시리즈와 4065 시리즈의 스펙 문서는 서로 다른 분해능에서 얻을 수 있는 최대 읽기 속도를 포함합니다.  기본적으로 DMM 드라이버는 최대 속도보다 보다 정확한 측정을 수행하기 위해 약간 최적화된 읽기 속도를 선택합니다.  그러나 읽기 속도를 최대 속도에 맞게 조정할 수 있습니다.  특정한 분해능에서 더 빠른 읽기 속도가 필요한 경우, 더 자세한 정보는 아래의 "읽기 속도 조정하기" 섹션을 참조하십시오.

그림 3: NI 4070 읽기 속도 vs 해상도 사양

그림 4: NI 4065 읽기 속도 vs 해상도 스펙

DMM의 읽기 속도는 측정 주기(읽기 속도 = 1/측정 주기)로부터 유도됩니다.  측정 사이클의 모든 위상은 사용되는 측정값에 따라 드라이버에 의해 최적화된 셋팅으로 설정됩니다.  측정 주기의 일부를 줄이거나 제거하면 측정 속도가 높아집니다.  그러나 이 방법을 사용하면 측정의 분해능과 정확도에 영향을 미칠 수 있지만, 이러한 변경 사항의 영향을 최소화할 수 있습니다.

일반적으로 원하는 읽기 속도를 얻는 방법에는 여러 가지가 있습니다.  안정 시간과 애퍼처 시간은 일반적으로 측정 사이클에서 두 개의 가장 긴 위상입니다. 따라서 속도가 큰 변화를 원하는 경우 이러한 위상을 수정하는 것을 고려하십시오.  다음은 모든 측정 주기 단계에 대한 설명과 언제 변경해야 하는지에 대한 가이드라인입니다.

스위치 시간

스위치 시간은 드라이버에 의해 설정되며 프로그램적으로 변경할 수 없습니다.  이는 일반적으로 매우 작은 값입니다.

ADC 교정(407x 경우)

기본적으로 ADC 교정은 6.5 및 7.5 자릿수의 정밀도로 측정할 때 ON이 됩니다.  절대 정확도가 특정한 테스트에서 중요하지 않고 신호의 변화만을 원하는 경우, 측정 속도를 높이기 위해 이 기능을 끄면 됩니다.

자동 영점 조정 (407x에서만 조정 가능, 4065에서 항상 활성화)

ADC 교정과 마찬가지로, 자동 영점 조정은 6.5 및 7.5 자릿수를 사용할 때 기본적으로 ON이 됩니다.  자동 영점 조정은 측정 속도를 높이기 위해 꺼져도, 절대 정확도가 떨어질 수 있습니다.  407x의 경우, 자동 영점 조정은 여러 포인트 측정의 시작 부분에서 한 번만 자동 영점 조정을 수행하도록 ONCE로 설정하여 속도를 높일 수 있습니다. 

안정 시간

기본 안정 시간은 지정된 함수와 범위에 따라 다릅니다.  아날로그-디지털 변환기가 안정되어야 하는 시간이 길수록 값이 더 정확해집니다.  안정 시간은 시간에 따라 변화하는 더 큰 신호를 측정하거나 높은 저항을 측정할 때 더 중요합니다.  일관성이 높은 작은 신호를 측정하는 경우, 안정 시간을 줄이면 측정 속도를 높일 수 있습니다.

애퍼처 시간

애퍼처 시간이 길수록 분해능이 더 좋습니다. 보다 빠른 측정 속도를 위해 짧은 애퍼처 시간을 선택합니다. 

애퍼처 시간 동안 많은 측정값이 DMM에 의해 수행되고 기본적으로 한 개의 샘플을 반환하도록 평균값 연산됩니다.  더 많은 포인트를 수집하여 평균값 연산하면 일반적으로 더 많은 노이즈가 발생하지 않습니다.  시스템이 낮은 노이즈 환경에 있고 적절한 쉴드 및 케이블 연결을 사용하는 경우, 분해능에 큰 차이가 없는 애퍼처 시간을 줄일 수 있습니다.  다른 노이즈 소스는 파워라인 노이즈이며, 50 Hz 또는 60 Hz의 노이즈를 제거하기 위해 애퍼처 시간을 파워라인의 배수로 설정할 수 있습니다.  (1 60 Hz에서의 전원 라인 사이클 (PLC)은 16.67ms입니다)

애퍼처 시간을 수동으로 설정하면 절대 분해능 값이 무시됩니다.  그러므로 코드 이전에 6.5자리 측정값을 지정하면 프로그램적으로 애퍼처 시간이 결정됩니다.  그 후 수동으로 더 작은 애퍼처 시간을 설정하는 경우, 애퍼처 시간은 해상도와 관련이 있기 때문에 더이상 6.5 자릿수일 수 없습니다.  그러나 두 가지가 서로 연관되어 있지만, 측정에 따라 같은 분해능을 유지하면서 읽기 속도를 높이기 위해 애퍼처 시간을 변경할 수 있습니다. 

위의 측정 주기 위상을 조절하면 DMM이 지정된 분해능뿐만 아니라 더 빠른 속도로 수집하도록 최적화할 수 있습니다.  스펙에 명시된 최대 속도를 얻으려면 한 개 이상의 위상에 작은 변경이 필요합니다. 

다음 섹션은 LabVIEW 어플리케이션에 초점을 맞추지만 유사한 이름의 동일한 함수는 다른 텍스트 기반 언어에 존재합니다. 이러한 함수에 대한 자세한 내용은 NI-DMM LabVIEW 참조를 참조하십시오.

LabVIEW 읽기 속도 조정하기

읽기 속도를 가장 쉽게 변경하는 방법은 분해능, 측정 함수 또는 범위를 변경하는 것입니다.  이러한 셋팅을 변경하면 드라이버가 최적화된 읽기 속도를 결정합니다.  이러한 기본 셋팅이 필요에 맞지 않는 경우, 다른 고급 함수를 사용하여 수동으로 읽기 속도를 변경할 수 있습니다. 

앞서 설명된 측정 주기 단계는 그림 5의 함수를 사용하여 LabVIEW 수정할 수 있습니다.  ADC 교정과 자동 영점 조정의 동작 방식을 변경하는 두 개의 VI가 존재합니다.  기본적으로 두 옵션 모두 자동으로 설정되어 있어 드라이버가 언제 사용할지 결정할 수 있습니다.

안정 시간과 애퍼처 시간을 변경하려면 프로퍼티 노드를 사용해야 합니다.  기본 도움말(Control+H)을 사용하여 이러한 프로퍼티 사용 방법에 대해 더 자세히 배울 수 있습니다.

그림 5: 측정 주기 수정에 사용되는 고급 함수

LabVIEW 사용하여 측정 주기와 해상도를 벤치마크하기

측정 주기 시간은 NI-DMM API의 "niDMM Get Measurement Period.vi"를 사용하여 관찰할 수 있습니다.  이 VI는 현재 설정을 사용하여 한 측정을 완료하는데 걸리는 시간을 반환합니다.

그림 6: 측정 주기 얻기 VI

효과적인 분해능을 벤치마크하기 위해 예제 탐색기에 위치한 LabVIEW 예제 "Maximizing DC Reading Rate.vi"는 애퍼처 시간 변경이 수집의 효과적인 분해능에도 어떤 영향을 미치는지 보여줍니다.  DMM의 ADC 분해능은 일정하지만, 효과적인 분해능은 보드 ADC뿐만 아니라 신호의 노이즈 양에 의해 결정됩니다.  이 예제를 사용하여 시스템을 테스트하여 애퍼처 시간을 수정하여 효과적 또는 노이즈 없는 분해능에 어떤 영향을 미치는지 확인할 수 있습니다.

측정 주기의 모든 단계에 대한 자세한 내용은 NI 디지털 멀티미터 도움말 파일을 참조하십시오.  또한 도움말 파일에는 이러한 값을 프로그램적으로 변경하는데 필요한 함수에 대한 설명과 함께 이러한 여러 위상에 대한 기본값이 포함되어 있습니다.