Multimetri digitali ad alte prestazioni

Agilent
Il DMM 3458A, ad esempio, è il prodotto di punta della serie di multimetri digitali di Agilent. Caratterizzato da una risoluzione 8 ½ digit, lo strumento supporta misure in corrente e tensione, sia in Ac che in Dc, di frequenza e di resistenza (mediante configurazione a 2 o 4 fili). È basato su un convertitore A/D avente risoluzione di 24 bit e linearità di ±0.05 ppm su un intervallo di tensione di ingresso di 10 V. Supporta due diversi schemi di campionamento, di tipo direct sampling e sub-sampling (o sequential). Nel primo caso, utilizza un circuito integratore con larghezza di banda 150 KHz e apertura configurabile da 500 ns fino a 1 s, per una capacità di campionamento di fino a 50 KSamples/s. In modalità sub-sampling, adotta invece un circuito track-and-hold con larghezza di banda di 12 MHz ed apertura fissa di 2 ns, garantendo una campionamento del segnale d'ingresso di fino a 100 MSample/s ed una accuratezza nella base dei tempi di fino allo 0,01%. La velocità di lettura varia quindi a seconda della risoluzione della misura. Con risoluzione di 8 ½ digit si hanno fino a 6 letture al secondo mentre con risoluzione 4 ½ digit fino a 100 mila misure al secondo. Per quanto concerne le misure di tensione in Dc, lo strumento consente di selezionare fino a 5 diversi fondo-scala con valori massimi compresi da 0.1 V a 1 kV e risoluzioni rispettivamente di 10 nV e 10 µV; l'accuratezza (complessiva) è di circa 14 ppm garantita su due anni. Per le misure di frequenza, l'intervallo di lettura è invece compreso tra 1 Hz e 10 MHz con un'accuratezza pari allo 0,05% del valore fino a 40 Hz e allo 0,01% tra 40 Hz e 10 MHz. Il fondo-scala per le misure di resistenza è selezionabile tra 9 diversi valori compresi tra 10Ω ed 1GΩ con risoluzioni di 10µΩ e 100Ω (grazie ad una adeguata compensazione dell'offset) e un coefficiente di temperatura (ottenuto grazie alla calibrazione automatica) di 250 ppm/°C. Per le misure di corrente, i valori minimo e massimo di fondo-scala in Dc sono invece 100 nA e 1 A con risoluzioni, rispettivamente, di 1 pA e 100 nA; in Ac sono definiti 5 diversi intervalli tra 100 µA e 1 A per segnali aventi frequenza tra 10 Hz e 100 KHz. 10 mV e 1 KV sono infine i fondo-scala minimo e massimo per le misure di tensione in Ac. In questo caso il dispositivo supporta tre diverse modalità di lettura, selezionabili in funzione delle caratteristiche del segnale. Nella banda tra 1 Hz e 10 MHz e per segnali ripetitivi senza rumore casuale, ad esempio, la modalità synchronous sub-sampling assicura le migliori prestazioni in termini di accuratezza della misura, pari allo 0,010%, pur supportando fino a 10 letture per secondo. La modalità analog, adottata per segnali di frequenza nella banda compresa tra 10 Hz e 2 MHz, assicura invece le migliori prestazioni in termini di tempi di risposta; la frequenza di lettura massima è di 50 letture al secondo con accuratezza migliore dello 0,03%. Segnali non ripetitivi (come nel caso di forme d'onda con rumore ad ampio spettro) nella banda fino a 10 MHz, sono infine acquisiti in modalità random sampling, per una migliore linearità; l'accuratezza si riduce tuttavia allo 0,1% pur avendo ancora fino a 45 letture al secondo. Il DMM 3458A dispone di funzioni matematiche di base per l'elaborazione in tempo reale od off-line su campioni dalla memoria interna, come ad esempio funzioni di filtro digitale ad un polo o di conversione per l'acquisizione di termistori ed Rtd. Il pannello di controllo rende immediatamente disponibili otto comandi di base ma per applicazioni di controllo più complesse è disponibile pure l'interfaccia Gpib; lo strumento supporta la programmazione in linguaggio Aml (Agilent Multimeter Language). Dispone di trigger di ingresso e uscita Ttl per la sincronizzazione di diversi strumenti.

Signametrics
L'SMU-2064 è invece il prodotto di punta della Signametrics, società fondata nel 1990 da ingegneri fuoriusciti dalla Fluke e presto diventata riferimento nel settore dei DMM di precisione. Recentemente è stata acquisita dalla stessa Agilent, motivo per cui i suoi principali prodotti dovrebbero essere inclusi nel catalogo della società di Santa Clara a partire da questa estate. L'SMU-2064 è un DMM caratterizzato da elevate prestazioni in termini, ad esempio, di risoluzione (7 ½ digit con conversione a 25 bit) e frequenza di campionamento, che si propone come soluzione ideale per tutta una serie di applicazioni, grazie anche alla disponibilità di diverse funzioni intelligenti integrate e di un package software completo per la gestione remota. Lo strumento dispone per questo di connessione USB ma assicura una barriera di isolamento dal PC host di oltre 330 V per garantire adeguata accuratezza e precisione. Il package software, che non richiede driver addizionali per la corretta gestione, è compatibile con i più diffusi ambienti di analisi dati e controllo, sia di tipo grafico che testuale, come Delphi, Visual Basic, Lab View, ATEasy, Lab Windows o Matlab. Le funzioni di misura includono misure di tensione e corrente in Ac e Dc, misure di resistenza a 2,4 o 6 fili, misure di frequenza, LCR e temperatura, caratterizzazione V/I di diodi. Il range dinamico è compreso tra 10 nV e 330V per le misure di tensione sia in Ac che in Dc , tra 240 ηA e 2.4 A per le misure di corrente in Dc e tra 10 µA e 2.4 A per quelle in Ac, tra 1 mΩ ed 1 GΩ per le misure di resistenza. La risoluzione migliore è 7 ½ digit, alla quale la massima frequenza di misura è di 2 letture al secondo; ad una risoluzione di 4 digit si hanno invece fino a 22 mila letture al secondo. L'SMU-2064 dispone inoltre di funzionalità per la generazione di segnali in tensione e corrente. Lo strumento ha dimensioni piuttosto compatte (circa 12,7 x 17,8 x 3,5 cm3) e una dissipazione di potenza di 1,5 W compatibile con alimentazione direttamente da porta Usb. Caratteristiche simili sono presenti pure nella versione SMU-2060, disponibile a costo inferiore a patto tuttavia di rinunciare ai canali di uscita e al supporto per le misure di resistenza in configurazione a 6 fili e di accontentarsi di una massima frequenza di misura di 4600 letture per secondo.

Keithley
Dispositivi ad altre prestazioni sono pure disponibili presso Keithley. La serie Model-2000 di multimetri digitali della azienda di Cleveland, infatti, rappresenta un'interessante soluzione sia dal punto di vista dei costi che delle prestazioni e che assicura un insieme completo di soluzioni di misura, affidabilità nel lungo periodo e di facile migrazione da un modello all'altro. I modelli 2001 e 2002 (Fig. 3), in particolare, raggiungono una risoluzione rispettivamente di 7 ½ digit e 8 ½ digit effettiva grazie all'adozione di un convertitore A/D a 28 bit. Entrambi gli strumenti supportano misure di tensione in Ac e Dc, corrente e resistenza (mediante configurazione a 2 o 4 fili). Il range di misura di tensioni in continua include, per il modello 2002 ad esempio, 5 diversi fondo scala compresi tra 200 mV e 1 kV con risoluzione rispettivamente di 1 nV e 1 µV ed una stabilità di fino a 30 ppm su un arco di 2 anni. In modalità Ac, i fondo scala sono invece compresi tra 200 mV e 750V per segnali aventi frequenza da 20 Hz a 2 MHz. Gli intervalli di misura di corrente sono fino a 200 µA(minimo) o 2 A (massimo) sia in Ac (con segnali di frequenza tra 20 Hz e 100 kHz) che in Dc; in questo caso la risoluzione corrispondente è compresa tra 10 pA e 100 nA. La frequenza di acquisizione è di 44 campioni per secondo alla massima risoluzione ma arriva fino a 2000 letture al secondo ad una risoluzione di 4 ½ digit. Le applicazioni principali dei DMM delle serie 2000 riguardano applicazioni di test di connettori a bassa resistenza di contatto ed elevata affidabilità, monitoring di linee di alimentazione, caratterizzazione di resistori di precisione, analisi RHD e di risposta in frequenza. Supportano diverse misure simultaneamente come ad esempio la tensione Dc di una linea di alimentazione, il livello di rumore Ac della stessa e la frequenza di rumore di questa. Per applicazioni ad elevato numero di canali, d'altra parte, sono disponibili schede di espansione in grado di multiplexare dinamicamente fino a 10 ingressi. I DMM della serie 2000 hanno dimensioni di 9 × 21,4 × 36,9 cm3 e dissipazione di potenza di 50 VA. L'interfaccia di comunicazione è Ieee 488.2 ed Scpi compatibile. Tutti i modelli sono disponibili in diverse configurazioni con capacità di memoria interna fino a 128 K e dispongono di capacità di triggering esterno e generazione di trigger per la sincronizzazione di due o più strumenti. La funzionalità Trigger-Link combina 6 linee di trigger software indipendenti e selezionabili su di un singolo connettore. La latenza di misura a seguito del trigger è di circa 2 us + 1 us, molto più veloce della maggior parte dei DMM in commercio. È inoltre presente una modalità di rivelazione di picco che consente di rivelare spike fino a 1 µs, legati ad esempio a transienti sulle linee di alimentazione; è possibile visualizzare automaticamente il valore di picco più elevato rivelato dallo strumento oppure i valori massimo e minimo nell'intervallo di misura.