調整 DMM 的讀取速率

要控制 DMM 的讀取速率,就必須了解 DMM 的量測週期。圖 1 與圖 2 分別顯示 NI 407X 與 NI 4065 的量測週期。  以下為量測週期的每個階段的簡短說明。

圖 1：NI 407X 量測週期

圖 2：NI 4065 量測週期

量測週期的階段

• 切換時間 - 需要內部切換時間才能設定 DMM 的類比電路,以進行下一次量測。 
• ADC 校準 - 透過量測極為精確的內建電壓參考,用於補償內建 DMM 增益誤差。  這是 NI 4070/4071/4072 DMM 專用的功能,可讓您妥善取捨量測速度與長期準確度。
• 自動歸零 - 透過量測接地並調整差異,用於補償內建 DMM 偏移。  針對 NI 407x 裝置,可根據所需的準確度來開啟或關閉自動歸零 (Auto Zero)。  針對 NI 4065 裝置,自動歸零一律開啟,並不會額外延長量測時間。
• 趨穩時間 - 讓 DMM 電路在進行量測前有時間趨穩。  每當將 DMM 輸入連接至不同的電壓或電阻時,DMM 會與訊號源互動,以 RC 電路的方式運作,並具有趨穩時間。
• 間隙時間 - DMM 進行量測的期間。解析度、量測速度與頻率抑制都是孔徑時間的功能。                                             

週期的每一個部分都會影響量測的準確度與解析度。舉例來說,趨穩時間越長,解析度就越高。請參閱 NI 多功能數位電錶說明檔案,進一步了解量測週期的特定部分及其對量測的影響。

407x 系列與 4065 系列的規格文件,皆包含可在不同解析度下達到的最高讀取率。  根據預設,DMM 驅動程式會選擇讀取率稍微最佳化,以進行更精確的量測,而不是達到最大速度。  不過,讀取率可加以調整,以達到最高速率。  如果您在特定解析度下需要更快的讀取率,請參閱下方的「調整讀取率」一節,以取得更多資訊。

圖 3：NI 4070 讀數比解析度規格

圖 4：NI 4065 讀數比解析度規格

DMM 的讀數速率是根據量測週期得出的 (讀數速率 = 1/量測週期)。  驅動程式會根據所使用的量測作業,將量測週期的所有階段設定為最佳設定。  減少或移除量測週期的任何部分,都會提高讀取率。  不過,這樣做可能會對量測解析度與準確度產生影響,但只要慎重選擇,即可將這些變化造成的影響降至最低。

通常有多種不同的方法可達到所需的讀取率。  趨穩時間與間隙時間通常是量測週期中最長的 2 個階段,因此,若想要大幅改變速度,可以考慮修改這些階段。  以下說明所有量測週期階段,以及修改時機的相關指南。

切換器時間

切換時間由驅動程式設定,無法透過程式設計方式變更。  這項值通常非常小。

ADC 校準 (407x 使用)

根據預設,在以 6.5 與 7.5 位數的精確度進行量測時,ADC 校準會開啟。  如果特定測試的絕對準確度並不重要,且只希望改變訊號,則可關閉此設定以提高量測速度。

自動歸零 (僅可在 407x 上調整,在 4065)

如同 ADC 校準,在使用 6.5 與 7.5 位數的精確度時,自動歸零會依預設開啟。  自動歸零可能會關閉,以提升量測速度,但這可能會降低絕對準確度。  有了 407x,也可以將「Auto Zero」(自動歸零) 設為「ONCE」,在多點量測開始時只執行一次「Auto Zero」(自動歸零),以協助提升速度。 

趨穩時間

預設的趨穩時間會根據指定的函式與範圍而有所不同。  類比數位轉換器必須趨穩的時間越長,產生的讀數就越準確。  在量測時序變化的較大訊號或量測高電阻時,趨穩時間更為重要。  如果量測的是相當一致的小型訊號,那麼縮短趨穩時間會是提升量測速度的理想方式。

孔徑時間

孔徑時間越大,解析度就越好。選擇較短的間隙時間,以更快的量測速度。 

在孔徑時間期間，多功能數位電錶會進行許多量測，並將這些量測結果加以平均，以回傳單一樣本。  取得更多積分並進行均分,通常會消除更多雜訊。  如果系統處於低雜訊環境,並使用合適的抗雜訊與接線,則孔徑時間可能會減少,但解析度不會出現大幅差異。  另一個雜訊來源就是電源線雜訊,而孔徑時間則可設為電源線的倍數,以消除任何 50 或 60 Hz 的雜訊。  (一個 60 Hz 的電源線週期 (PLC) 為 16.67ms)

手動設定孔徑時間會忽略絕對解析度值。  因此,若在程式碼中提早指定 6.5 位數的量測,則會以程式設計方式來決定孔徑時間。  然後,如果手動設定較小的間隙時間,則間隙時間可能與解析度相關,因此您可能已不再在 6.5 位數。  不過,即使兩者彼此相關,孔徑時間仍可調整,以達到更高的讀取率,同時根據量測作業維持相同的解析度。 

只要調整上述量測週期階段,就能將 DMM 最佳化,不但能以指定的解析度,也能以更快的速度進行量測。  通常,若要達到規格所載的最大速度,就必須輕鬆變更其中一或多個相位。 

下列章節著重介紹 LabVIEW 應用程式,但其他純文字程式語言仍具備相同名稱的功能。請參閱 NI-DMM LabVIEW Reference 以取得這些函式的詳細資訊。

調整 LabVIEW 讀取率

改變讀取率的最簡單方式,就是改變解析度、量測函式或範圍。  只要變更這些設定,驅動程式就會決定讀取率的最佳狀況。  若這些預設設定不符合您的需求,則可使用其他進階函式手動變更讀取率。 

在 LabVIEW 中使用圖 5 所示的函式,即可修改先前所述的量測週期階段。  兩個 VI 可改變 ADC 校準與自動歸零的行為。  根據預設,兩者皆設為「Auto」,因此驅動程式可決定使用時機。

若要變更趨穩時間與間隙時間,則需使用屬性節點。  請參閱內容說明 (Control+H) 以深入了解如何使用這些屬性。

圖 5：用來修改量測週期的進階函式

使用 LabVIEW 比較量測週期與解析度

使用 NI-DMM API 中的「niDMM Get Measurement Period.vi」觀察量測週期時間。  這個 VI 會傳回使用目前設定完成單項量測所需的時間。

圖 6：取得量測週期 VI

為比較有效解析度,LabVIEW 範例「最大化 DC 讀取速率.vi」會顯示在範例搜尋器中,改變孔徑時間也會如何影響取得作業的有效解析度。  DMM 的 ADC 解析度為固定解析度,但有效解析度不僅取決於機板的 ADC,也取決於訊號上的雜訊量。  您可以使用此範例來測試系統,以了解修改孔徑時間對有效解析度或無雜訊解析度的影響程度。

如需深入了解量測週期的所有階段,請參閱 NI 多功能數位電錶說明檔案。  說明檔案也包含這些階段中的許多預設值,以及以程式設計方式變更這些值所需的函式說明。