新一代数字万用表助力模拟电路故障诊断

图4 万用表测试结果

频谱仪受频率测量范围和频率分辨率的限制，很难发现这个50Hz电源干扰。DM3068在低频时域测量中的高速、高精度、低噪声和高频抑制力强等特点正好弥补了示波器和频谱仪的不足，有助于揭示“灵异事件”的真相。

用直方图发现隐蔽干扰
当信号/干扰极微弱，并淹没在电路自身的噪声中时，借助直方图统计分析方法可以将其暴露出来。

DM3068具备实时直方图统计功能，结合低噪声和大动态范围的特性，有助于测试微弱信号和干扰。

图5是使用直方图观测被本底噪声淹没的信号的实例。图左侧是电路本底噪声的时域波形（下方，垂直方向是时间轴方向。下同。）及其直方图，该噪声基本符合高斯分布，认为是白噪声。图右侧是电路加入一个3μVpp左右的脉冲方波后的测试结果。对比时域波形，右侧信号波形跟左侧白噪声波形很相像，电压平均值也相接近，不能直观地判定两种波形的区别。但是对比两者的直方图可以明显发现两种信号的区别，而且通过右侧直方图可以推断加入的信号有低电平分量，且该低电平分量出现概率不大，近似于占空比很小的负脉冲。

图5 直方图发现淹没的信号

超低功耗电路的电压、电流测试
超低功耗电路测试通常要求仪器能够测试nA级弱电流，同时电压测量的输入阻抗趋于无穷大。一般的手持式万用表无法测量nA级电流，电压测量的输入阻抗固定为10MΩ，不能满足超低功耗电路的测试需求。

图6是一种超低功耗设备的入侵检测电路。常闭开关S1用于入侵检测，设备外壳被破坏时开关S1断开。该电路中二极管D1用作超低电流的上拉元件，其反向漏电流Is约为10nA。一旦外壳被破坏，S1断开，D1将控制器MCU的管脚DET拉高，产生上升沿作为入侵触发信号。这个电路的主要测试项目有二极管反向漏电流Is，开关S1闭合时的DET电平，开关S1断开时的DET电平，开关S1闭合到断开过程中DET管脚的电压上升沿波形。

图6 入侵检测电路

常规仪表无法有效完成以上测试，DM3068数字万用表直流电流最小分辨率高达100pA, 可以满足Is的测试需求；直流电压20V（范围比竞争产品大一倍）及以下挡位有大于10GΩ的输入阻抗，并且输入偏流小于100pA，结合其数据绘图、电平触发和预触发功能，能够实时捕获并显示DET管脚波形，可以像使用示波器一样轻松完成上升沿波形和电平测试。

查找电路板中的短路
手工焊接过的电路板常常会有焊屑导致的短路，而且焊屑一般藏在元件底部，不易查找。一旦电路板上的电源跟地短路，接在该电源和地之间的所有元件都成了可疑对象。逐个排查可以解决问题，但是非常费劲。

如果被短路的电源上只有一处短路，那么远离短路点的位置由于串联了PCB电阻因而对地电阻较大，因此只要找到对地电阻最小的位置就能定位短路。

如图7所示，Rp1～Rp(n)是+5V电源线的PCB电阻，阻值均为1mΩ；Rn1～Rn(m)是GND地线的PCB电阻，阻值均为1mΩ；C1～C5是+5V电源的退耦电容。假设在电容C2下方隐藏有短路，那么在C2处测得的电阻为0mΩ；在C1处测得的电阻C2处测得电阻加上Rp1和Rn1，共为2mΩ；同样的道理，C3～C5处测得的电阻依次是2mΩ、4mΩ和6mΩ。C2处测得的电阻最小，因而可以断定C2下方有短路。

图7 有短路的等效电路