测电流就宕机，万用表惹的祸？ – 雷人的测试故事(3)

发布时间：2013-4-7 14:49 发布者：绝对好文

关键词：测试 , 万用表

作者：老赤脚医生

有一位仁兄，从事军用计算机的测试工作。军用计算机的要求与我们民用的有很大的区别。如果我们自己选用的PC机，我们关心的可能是CPU的速度、存储器、内存、显卡等等。但军用计算机需要考虑的首要问题，就是可靠性。例如，工作温度可能要从零下十几度到零上几十度，还要考虑防尘、防震、电磁干扰等等。

这位仁兄在做计算机的环境试验时，发现了一个问题。随着计算机的工作环境温度逐渐升高时，出现了不正常的工作状态，而直接体现在了CPU 的工作电流出现异常的变化。

该计算机有几路不同的电压供电，包括1.8V, 3.3V和 5V。他希望通过监测CPU在环境温度上升中的多路电流的变化过程，来判断温度、电流和失效状态的关系，进而改进设计，提高可靠性。但在具体实施过程中，就发现了问题。

相信众多的同仁们第一想到的是利用示波器加电流探头的方法。但可惜的是，示波器电流测量分辨率和精度远远达不到要求，况且，电流探头在长时间工作后，自己就会产生漂移；在温度箱中接入电流探头也不容易。

第二个方法就是串入数字万用表，这位仁兄开始也是这么做的。但没想到的是，当串入万用表后，CPU的温度还没开始变呢，系统就宕机了！对此他百思不可理解。于是，找到了老赤脚医生。

老赤脚医生通过诊断，判断这是由于万用表测电流时的内阻造成的。绝大多数万用表的电流测量，是利用内置的分流器，通过测量电流产生的压降，获得电流值。例如，在Agilent 34401A 数字万用表中，最大的电流量程所用的内阻是0.1欧姆。实际上，如果输入电压比较高，例如在15V以上，内阻造成的压降，对大多数的测量来讲可能不是大问题。这也是很多工程师平时不太在意这个问题的原因。但在这个测量过程中，CPU的工作电压最小的只有1.8V，如果通过3A的电流，将造成0.3V的压降，相当于输入电压被降低到了1.5V，这样就可能会惹上麻烦了！

当然，遇到这种问题，老赤脚医生也感到很棘手。思考再三，拿出来了2 个偏方：用电源来完成CPU电流的长期监测和数据采集。

第一个偏方是采用N6705B 直流电源分析仪，配备了三个模块，包括2个N6752A(50V, 10A， 4mA 的电流回读精度)和1个N6762A 精密模块（50V， 3A， 0.16mA的电流回读精度）。将这3路电源直接替代CPU本身的供电电源，在为CPU供电的同时，连续监测CPU每一路的工作电流。由于电源输出的远端回读功能，无论工作电流怎么变，都能确保CPU端的电压精确控制在需要的工作电压。这样测量的还有一个好处，就是可以通过调整电源的输出电压，来评估CPU工作电源范围的容限。

第二个偏方就是利用一些特殊电源测量电流的特性，例如Agilent N6782A SMU电源模块。它的内阻几乎是零，而且有无缝量程切换功能，测量精度可以到达8nA, 它在这里就充当了一个零内阻、高精度、高动态范围的安培计。具体实施方案是这样的：在N6705B 直流电源分析仪中，装入了3个N6782A SUM模块 (20V/3A, 8nA 电流回读精度)。在测量电流的时候，将这几路模块串入了电流回路，并设置了0V的输出电压。启动长时间数据采集功能，就可以非常顺利地、长时间精确检测电流。如图1所示。