測電流就宕機，萬(wàn)用表惹的禍？ C 雷人的測試故事(3)

有一位仁兄，從事軍用計算機的測試工作。軍用計算機的要求與我們民用的有很大的區別。如果我們自己選用的PC機，我們關(guān)心的可能是CPU的速度、存儲器、內存、顯卡等等。但軍用計算機需要考慮的首要問(wèn)題，就是可靠性。例如，工作溫度可能要從零下十幾度到零上幾十度， 還要考慮防塵、防震、電磁干擾等等。

這位仁兄在做計算機的環(huán)境試驗時(shí)，發(fā)現了一個(gè)問(wèn)題。隨著(zhù)計算機的工作環(huán)境溫度逐漸升高時(shí)，出現了不正常的工作狀態(tài)， 而直接體現在了CPU 的工作電流出現異常的變化。

該計算機有幾路不同的電壓供電， 包括1.8V, 3.3V和 5V。他希望通過(guò)監測CPU在環(huán)境溫度上升中的多路電流的變化過(guò)程，來(lái)判斷溫度、電流和失效狀態(tài)的關(guān)系，進(jìn)而改進(jìn)設計，提高可靠性。但在具體實(shí)施過(guò)程中，就發(fā)現了問(wèn)題。

相信眾多的同仁們第一想到的是利用示波器加電流探頭的方法。 但可惜的是，示波器電流測量分辨率和精度遠遠達不到要求， 況且，電流探頭在長(cháng)時(shí)間工作后，自己就會(huì )產(chǎn)生漂移;在溫度箱中接入電流探頭也不容易。

第二個(gè)方法就是串入數字萬(wàn)用表，這位仁兄開(kāi)始也是這么做的。但沒(méi)想到的是，當串入萬(wàn)用表后，CPU的溫度還沒(méi)開(kāi)始變呢，系統就宕機了!對此他百思不可理解。于是，找到了老赤腳醫生。

老赤腳醫生通過(guò)診斷，判斷這是由于萬(wàn)用表測電流時(shí)的內阻造成的。絕大多數萬(wàn)用表的電流測量，是利用內置的分流器， 通過(guò)測量電流產(chǎn)生的壓降，獲得電流值。例如，在A(yíng)gilent 34401A 數字萬(wàn)用表中，最大的電流量程所用的內阻是0.1歐姆。實(shí)際上，如果輸入電壓比較高，例如在15V以上，內阻造成的壓降，對大多數的測量來(lái)講可能不是大問(wèn)題。 這也是很多工程師平時(shí)不太在意這個(gè)問(wèn)題的原因。 但在這個(gè)測量過(guò)程中，CPU的工作電壓最小的只有1.8V， 如果通過(guò)3A的電流，將造成0.3V的壓降，相當于輸入電壓被降低到了1.5V， 這樣就可能會(huì )惹上麻煩了!

當然，遇到這種問(wèn)題，老赤腳醫生也感到很棘手。思考再三，拿出來(lái)了2 個(gè)偏方：用電源來(lái)完成CPU電流的長(cháng)期監測和數據采集。

第一個(gè)偏方是采用N6705B 直流電源分析儀，配備了三個(gè)模塊，包括2個(gè)N6752A(50V, 10A， 4mA 的電流回讀精度)和1個(gè)N6762A 精密模塊(50V， 3A， 0.16mA的電流回讀精度)。將這3路電源直接替代CPU本身的供電電源，在為CPU供電的同時(shí)，連續監測CPU每一路的工作電流。由于電源輸出的遠端回讀功能，無(wú)論工作電流怎么變，都能確保CPU端的電壓精確控制在需要的工作電壓。這樣測量的還有一個(gè)好處，就是可以通過(guò)調整電源的輸出電壓，來(lái)評估CPU工作電源范圍的容限。

第二個(gè)偏方就是利用一些特殊電源測量電流的特性， 例如Agilent N6782A SMU電源模塊。它的內阻幾乎是零，而且有無(wú)縫量程切換功能，測量精度可以到達8nA, 它在這里就充當了一個(gè)零內阻、高精度、高動(dòng)態(tài)范圍的安培計。 具體實(shí)施方案是這樣的：在N6705B 直流電源分析儀中， 裝入了3個(gè)N6782A SUM模塊 (20V/3A, 8nA 電流回讀精度)。 在測量電流的時(shí)候，將這幾路模塊串入了電流回路， 并設置了0V的輸出電壓。啟動(dòng)長(cháng)時(shí)間數據采集功能，就可以非常順利地、長(cháng)時(shí)間精確檢測電流。如圖1所示。

這兩個(gè)偏方都可以進(jìn)行對電流長(cháng)時(shí)間數據采集，而且無(wú)需計算機編程和控制。第二偏方的優(yōu)勢是非常精確，但成本也比較高。 最后，這位仁兄采用了第一個(gè)偏方，非常順利地解決了這個(gè)問(wèn)題。