Keysight 34970A/34972A数据采集/开关单元技术解析

在电子工程师的日常工作中，数据采集和开关控制是非常重要的环节。Keysight 34970A和34972A数据采集/开关单元为我们提供了一种高性能、低成本且灵活的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这两款产品。

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一、产品概述

Keysight 34970A和34972A具有极高的性价比。相比市场上其他数据采集系统，它们以较低的成本提供了强大的测量性能、灵活性、丰富的连接选项和易用性。34972A是34970A的LXI版本，将GPIB和RS - 232接口替换为现代的LAN和USB接口，方便直接连接PC或笔记本电脑。两者都支持8个插件模块，具备LabView、IVI - C、IVI - COM驱动以及BenchLink Data Logger软件。不过，34972A还拥有图形化Web界面、千兆LAN、USB 2.0和USB内存端口等特性。

二、产品特性

1. 卓越的测量性能

• 高精度测量引擎：这两款产品将畅销的台式数字万用表（DMM）的测量引擎嵌入到3插槽主机中，具有6½位（22位）分辨率、0.004%的基本直流电压精度和超低的读数噪声。例如，在进行高精度的电压测量时，能够提供准确可靠的数据。
• 多信号测量：可以测量和转换11种不同的输入信号，包括使用热电偶、RTD和热敏电阻测量温度，以及测量直流/交流电压、2线和4线电阻、频率和周期、直流/交流电流等。
• 内置信号调理：内部自动量程DMM可直接测量11种不同功能，无需昂贵的外部信号调理设备。并且每个通道都可以独立配置，就像每个通道后面都有一个独立的高性能DMM一样，为测量带来了极大的灵活性。

2. 便捷的连接方式

• 标准PC连接：34970A提供传统的GPIB和RS - 232接口，而34972A则内置了千兆LAN和USB 2.0接口，无需购买GPIB卡、电缆或转换盒即可连接到现代PC。
• 图形化Web界面（仅34972A）：通过支持Java的Web浏览器（如Internet Explorer），可以轻松访问和控制仪器。可以在浏览器中配置测量、定义和执行扫描列表、监控测量结果等，并且可以在任何支持Web浏览器的操作系统上访问，无需安装特殊软件。
• USB闪存驱动器数据存储（仅34972A）：内置USB内存端口，可使用USB闪存驱动器上传BenchLink Data Logger配置到仪器中，并在不连接PC的情况下收集数据。数据可以直接记录到USB闪存驱动器中，扩展仪器的内存，也可以从内部内存复制数据到其他位置的计算机。

3. 易用性和灵活性

• 免费的BenchLink Data Logger软件：提供熟悉的Microsoft Windows界面，用于测试配置、实时数据显示和分析。该数据记录应用程序包含在每个标准的Keysight 34970A/34972A中，还提供BenchLink Data Logger Pro软件，可用于更复杂的应用，如极限检查和决策制定。
• 自定义配置：三个模块插槽和八个开关/控制模块允许用户根据自己的独特需求定制34970A/34972A。可以根据需要购买模块，并在应用程序扩展时添加更多模块。
• 操作简便：从简化的配置到34972A的图形化Web界面，都体现了产品的易用性。例如，模块上的螺丝端子连接器、内置的热电偶参考结、详细的用户文档以及标准的入门套件，都能让用户在短时间内开始进行测量，提高工作效率。

三、应用场景

1. 数据记录应用

• 功能特点：配置20通道继电器多路复用器后，34970A/34972A可成为强大且低成本的数据记录器，适用于简单的特性分析应用。34972A的LAN和USB接口使其非常适合远程数据记录应用的轻松设置和控制。
• 具体应用：可用于环境舱监测、组件检查、台式测试、过程故障排除和温度曲线分析等，能够长时间监测多个信号（如温度、电压等），识别异常情况。

2. 自动化测试的数据采集前端

• 性能优势：具备高分辨率、准确性、可重复性和速度，内部6½位DMM带来了世界级独立DMM的性能，但成本和空间占用却大大降低。例如，其基本1年直流电压精度为0.004%，交流电压精度为0.06%，电阻精度为0.01%。
• 功能灵活性：DMM安装在机箱内，三个主机插槽可用于安装开关和控制模块。可以选择八种不同的模块，以满足当前的精确功能需求，并为未来的扩展提供灵活性。

3. 开关系统应用

• 低成本解决方案：如果不需要内置测量功能，可以选择不配备DMM的主机，从而获得市场上成本最低的开关单元。它是将测试信号路由到被测设备（DUT）和各种仪器（如外部DMM、示波器、计数器和电源）的理想解决方案，并且可以在需要时添加DMM。
• 功能特性：模块可以切换从微伏到300伏、直流到2 GHz的信号，每个框架的密度高达120个单端通道或96个矩阵交叉点。还具备简单的控制功能，如模拟输出、集电极开路数字输出和用于控制高功率设备的隔离Form - C继电器。

四、插件模块

1. 模块选择指南

提供了多种插件模块供用户选择，包括低频和RF多路复用器、矩阵开关、通用开关和多功能模块等。用户可以根据自己的需求混合搭配模块，以获得所需的功能。以下是一些常见模块的特点：	模块型号	通道数	扫描速度（ch/sec）	最大电压	最大电流	带宽	热偏移	备注
34901A	20 + 2	60	300 V	1 A	10 MHz	< 3 µV	内置冷结参考，2个额外电流通道
34902A	16	250	300 V	50 mA	10 MHz	< 6 µV	内置冷结参考
34903A	20	120	300 V	1 A	10 MHz	< 3 µV
34904A	4 x 8	120	300 V	1 A	10 MHz	< 3 µV
34905A	双4通道	60	42 V	0.7 A	2 GHz	< 6 µV	1 GHz带宽通过BNC - SMB适配器电缆
34906A	双4通道	60	42 V	0.7 A	2 GHz	< 6 µV	1 GHz带宽通过BNC - SMB适配器电缆
34907A	两个8位数字I/O端口		42 V	400 mA			开漏
34908A	26位事件计数器		42 V		100 KHz		可选输入阈值

2. 模块优势

• 高吞吐量：每个模块都采用高性能微处理器，减轻了主机处理器的负担，减少了背板通信，从而提高了吞吐量。
• 空间利用高效：采用表面贴装结构和高度集成的设计，最小化了继电器驱动和接口电路所需的空间。高密度的模块连接器节省了电路板和连接器的空间，在有限的空间内提供多达40个单端通道。
• 连接方便：模块上的螺丝端子连接器使布线更加方便，内置的应变消除电缆路由和电缆扎带点确保布线安全。内部模拟总线可将低频多路复用器的信号直接路由到内部DMM，无需外部连接。

五、技术规格

1. 精度规格

测量精度以读数的百分比加上量程的百分比来表示，包括测量误差、开关误差和传感器转换误差。不同的测量参数（如直流电压、交流电压、电阻、频率和温度等）在不同的时间（24小时、90天、1年）和温度条件下有不同的精度规格。例如，1年的基本直流电压精度为0.0035%的读数 + 0.0005%的量程。

2. 测量特性

采用连续积分的测量方法，具有良好的线性度和高输入电阻。例如，Multi - slope III A - D转换器的线性度为0.0002%的读数 + 0.0001%的量程，100 mV、1 V、10 V量程的输入电阻可选择10 MΩ或 > 10,000 MΩ。

3. 系统规格

• 扫描功能：可以扫描模拟和数字输入，扫描列表按通道号升序排列。扫描触发源包括间隔、外部、按钮按下、软件或监测通道报警等，扫描计数范围为1到50,000或连续，扫描间隔为0到99小时，步长为1 ms，通道延迟为0到60秒，步长为1 ms。
• 报警功能：模拟输入和数字输入都有报警功能，模拟输入可设置高、低或高低报警，数字输入可进行掩码模式匹配或状态变化报警。
• 内存和电池：内部有50,000个带时间戳的读数内存，可在扫描过程中读取。还有5个带用户标签的仪器状态存储。电池方面，34970A电池典型寿命为4年，34972A电池用户可更换，建议每年校准期间更换。

六、总结

Keysight 34970A和34972A数据采集/开关单元以其卓越的性能、丰富的功能、便捷的连接方式和灵活的配置选项，为电子工程师在数据采集、自动化测试和开关控制等领域提供了强大的支持。无论是在研发阶段对产品进行特性分析，还是在生产线上进行大规模测试，这两款产品都能满足不同的需求。各位工程师在实际应用中，不妨根据自己的具体需求选择合适的模块和配置，充分发挥其优势，提高工作效率和测量精度。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？又有哪些独特的应用经验可以分享呢？欢迎在评论区留言讨论。