如何理解五位半萬用表的半位

錢大師:

關(guān)于萬用表位數(shù)，尤其是半位的說法，下面是某培訓(xùn)文檔里的一個(gè)頁面，看一下就明白了。簡(jiǎn)言之，讀數(shù)的最高位不能達(dá)到0~9滿刻度的，最高位就只能算一個(gè)分?jǐn)?shù)位，如果統(tǒng)稱的話，都可以稱半位，如果具體一點(diǎn)，有1/2位，2/3位，4/5位，。。。8/9位。譬如說圖中的4 1/2位的F87V,4 4/5位的F187，F(xiàn)189，都可以統(tǒng)稱為4位半，但其實(shí)精度還是有區(qū)分的。更精度的描述萬用表位數(shù)的其實(shí)還有一個(gè)count數(shù)的表述，就是下面圖中的讀數(shù)一欄的指標(biāo)。譬如F187的count數(shù)是50000 ， F87V的count數(shù)是20000.我們的萬用表count數(shù)是240000.即從000000~239999。

另外，萬用表的位數(shù)是萬用表的一個(gè)標(biāo)桿性的指標(biāo)，如同示波器帶寬。是否是5位半或6位半的萬用表，并不是看它顯示的是多少位，而是看實(shí)際的有效位能否做到，它是綜合了萬用表實(shí)現(xiàn)中的ADC有效分辨率，機(jī)器的本體噪聲，線性度，各種溫漂，各種校準(zhǔn)方法，甚至溯源的基準(zhǔn)等等的一個(gè)綜合性的指標(biāo)。一般直觀判斷最簡(jiǎn)單的辦法就是當(dāng)短路輸入時(shí)，面板顯示必須只能是最后一位允許跳動(dòng)。如果最后有兩位跳動(dòng)，那顯然最后一位即使顯示也沒有什么意義了。

從應(yīng)用來講，萬用表測(cè)量屬于低頻、精密測(cè)量，所測(cè)信號(hào)的頻率范圍一般比示波器低許多，主要是直流測(cè)量，交流測(cè)量頻率范圍一般1Mhz以下。但精確度比示波器高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，從核心器件講，一般臺(tái)式萬用表采用的都是24位的ADC,比示波器位數(shù)高出很多，但采樣速率低很多。

汪進(jìn)進(jìn):

抱歉，我天資愚笨，喜歡問一些低級(jí)問題哦。最近在開始學(xué)習(xí)萬用表,問題好多。

1， 你談到的count數(shù)和ADC位數(shù)之間是什么樣的關(guān)聯(lián)？

2，ADC位數(shù)是24位, 不管是幾位半的萬用表嗎？ ADC的采樣率一般具體是多少?

3，0.0000004%的精度，這個(gè)溯源過程是很恐怖的？ 有沒有校準(zhǔn)方面的基本知識(shí)科普一下?

4，有一位是不確定的位，按道理應(yīng)是小數(shù)點(diǎn)后面的最后一位,就像一個(gè)毫米刻度尺,不確定的應(yīng)該是小數(shù)點(diǎn)的最后一位。 為什么是最高的那一位整數(shù)位不確定，是半位呢? 這和ADC的 LSB 的概念是怎么關(guān)聯(lián)的?

5，怎么計(jì)算出是1/2位還是4/5位?

錢大師:

呵呵，你的問題一點(diǎn)不簡(jiǎn)單啊，看似‘低級(jí)’，其實(shí)都是問題的要害和本質(zhì)，這個(gè)理解透了，產(chǎn)品怎么做出來就不難理解了。我試著回答下，看能否說清楚。（見藍(lán)色回復(fù)）

1， 你談到的count數(shù)和ADC位數(shù)之間是什么樣的關(guān)聯(lián)？

count數(shù)是一個(gè)整機(jī)指標(biāo)，譬如我們的5位半，count是240000，基本上就是一個(gè)有效分辨率的意思，就是說對(duì)于一個(gè)典型的電壓檔位，譬如說2V檔位，考慮超量程，實(shí)際上該檔位可測(cè)到2.39999V，就是每個(gè)count對(duì)應(yīng)0.00001V，即10uV，也就是說count數(shù)就是一個(gè)滿量程可分為多少份，同樣是5位半，如果是120000 count，量程仍然是0~2.4V，顯然每一份就是20uV，也就是說有效分辨率只能達(dá)到20uV，同樣是5位半，這兩種萬用表的規(guī)格就有具體差別，所以說count比位數(shù)更精確。

ADC的位數(shù)是指萬用表核心的器件ADC的有效位寬，但ADC只是產(chǎn)品信號(hào)鏈路中的一個(gè)環(huán)節(jié)，整個(gè)信號(hào)鏈還包括前級(jí)的放大衰減，多路開關(guān)等調(diào)理環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)都會(huì)引入噪聲，從而使整個(gè)產(chǎn)品測(cè)量鏈路的整體有效位數(shù)大打折扣。譬如5位半的萬用表其實(shí)對(duì)應(yīng)的有效二進(jìn)制位應(yīng)該18,9位就夠了，但即使24位的ADC，如果其他部分的噪聲很大，實(shí)際上也未必能做到5位半的效果。但顯然用一般示波器8位ADC去做，那從理論上就不可能做成5位半的萬用表了。這個(gè)就是整體和部分的關(guān)系，系統(tǒng)指標(biāo)和器件指標(biāo)的關(guān)系。

2，ADC位數(shù)是24位, 不管是幾位半的萬用表嗎？ ADC的采樣率具體是多少?

這個(gè)我表述有問題，我主要針對(duì)5位半或6位半的臺(tái)式表而言的，不包括那些手持萬用表，因?yàn)橐话闶殖值囊簿褪?位半或最多4位半，用個(gè)14位或16位的一般就足夠了，而且一般不是分立器件方案，一個(gè)soc搞定的。一般萬用表的ADC采用的是sigma-delta 型的ADC，這種ADC和一般SAR型高速ADC不一樣，采用的是所謂過采樣的原理，采樣速率和數(shù)據(jù)產(chǎn)生速率相差很大，這種ADC的采樣率我們一般指數(shù)據(jù)速率，一般最快也就多少K而已。具體譬如說AD7190，在19位有效位時(shí)速率是4.8Khz，24位時(shí)最多7~8hz。

3，0.0000004%的精度，這個(gè)溯源過程是很恐怖的？ 有沒有校準(zhǔn)方面的基本知識(shí)科普一下?

這個(gè)精度太高了，可能沒有這個(gè)%吧，7位半8位半的精度了。目前業(yè)界最高的應(yīng)該就8位半萬用表，一般也就那些計(jì)量部們或?qū)嶒?yàn)室用了，那個(gè)溯源可能就是用國家基準(zhǔn)了，就一般我們的5,6位的產(chǎn)品而言，用個(gè)F公司的校準(zhǔn)器就可以了，因?yàn)樗臇|西理論上是更高標(biāo)準(zhǔn)校檢過的。

4，有一位是不確定的位，按道理應(yīng)是小數(shù)點(diǎn)后面的最后一位,就像一個(gè)毫米刻度尺,不確定的應(yīng)該是小數(shù)點(diǎn)的最后一位。 為什么是最高的那一位整數(shù)位不確定，是半位呢? 這和ADC的LSB 的概念是怎么關(guān)聯(lián)的?

這個(gè)不是說最高一位不確定，可以理解成測(cè)量范圍擴(kuò)大了，1000count的萬用表，如果分辨率1mV，則最多能測(cè)到0.999V，而2000count的，就能測(cè)到1.999v.ADC的LSB相當(dāng)于器件的有效分辨率，而count或有效位是整體指標(biāo)，正如1所描述。

5，怎么計(jì)算出是1/2位還是4/5位?

這個(gè)就是要指明count數(shù)了，譬如60000count就是4 5/6位，20000count就是 4 1/2位。

汪進(jìn)進(jìn):

我們采用 24位的 ADC，理論上count可以達(dá)到 16777216 ，但實(shí)際上可能因?yàn)榉糯笏p，多路開關(guān)等因素引入的噪聲，使得最終的ENOB只有17，18位,所以count是240000 。可以這樣理解嗎？

錢大師:

是這個(gè)意思。

汪進(jìn)進(jìn):

另外，我們鼎陽5位半的臺(tái)式萬用表SDM3055有慢速,中速和快速模式，這些不同模式分別在算法上是什么區(qū)別??？ 只是平均算法的采樣次數(shù)不一樣，還是有其它什么講究? 這種快和慢的模式，在每家萬用表上面是統(tǒng)一定義的嗎？

錢大師:

三種模式下，主要是ADC的配置不同，體現(xiàn)在采樣速率，建立時(shí)間，濾波器選擇等，結(jié)果是ADC有效位數(shù)不同?？炻Ｊ降木唧w讀數(shù)速率，每家定義沒有完全統(tǒng)一，但一般定義是慢就是幾次，此時(shí)精度和有效位最高，中速就是幾十次，精度和有效位稍次，高速就是機(jī)器所能到的最高讀數(shù)速率，幾百到數(shù)十k，但有效位最低，譬如6位半的機(jī)器只有4位半或5位半了。