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Keysight與Keithley七位半萬用表性能對比

時間:2018-03-07 09:34:53

我們先來看一下兩款數字萬用表的價格問題。這次看起來Keysight更加老謀深算,官網的丐版報價是2890美元。在增加了50KHz高速AD采樣和2M采樣存儲選件后,價格達到3540美元。


而Keithley的DMM7510,不出所料,價格遠遠高于34470A,起價高達3990美元??吹竭@里我們幾乎認定7510的悲慘命運。其實兩者在配置相同時的實際價格相差只有400美元,但由于Keysight將GPIB,高速采樣和大存儲改為選件,刪減之后的裸奔價比DMM7510一下低了1100美元,這是非常厲害的定價策略。Keithley在這里感覺吃了個啞巴虧。


另外值得一提的是,除了這款使用觸摸屏的7510萬用表以外,Keithley還意外的推出了另一款沒有前面板的型號,DMM7510-NFP,其中NFP應該是無前面板(None-front panel)的縮寫。這應該是推廣給自動測試系統或者產線用戶使用的版本。這些客戶通常使用電腦軟件控制儀表,不需要進行前面板操作。不過這樣的設計真的好么?效果看起來非常別扭,去除前面板和所有按鍵接口后,銷售價格僅僅下降140美元。對于價格異常敏感的生產線用戶,這樣微小的價格變化有個毛用。


還有一個更加顯著的問題是,真的有使用者能接受完全沒有前面板的儀表么?大概在五六年前,安捷倫就基于自己的34411A六位半數字萬用表,推出了無前面板版本的L4411A(下圖),希望與當時正在興起的PXI模塊化萬用表競爭。外形雖然是簡化版,但售價卻高于34411A,市場接受程度非常一般。這次Keithley似乎要犯同樣的錯誤,甚至更進一步將屏幕顯示完全去掉。從個人角度上說,我很難接受沒有屏幕的儀表,以目前的接口通信速度和穩定性,完全指望在電腦上通過虛擬面板操作儀表會大大影響使用效率,我甚至都能想象工程師在使用過程中抓狂的樣子。


轉回到34470A與DMM7510的價格對比,這樣懸殊的價格差距是否僅僅是因為外觀用料差別導致的,兩者間實際的指標差距能有多大。這里我們再來仔細察看一下兩臺儀表的數據指標說明書。


首先我們看一下Keysight 六位半萬用表3446x系列和34470的比較,可以看到整個系列基礎精度逐漸提高。采樣速率也相應有所提升。34470A丐版采樣速率為5000讀數每秒。增加高速采樣選件后可以提升到50K讀數每秒。這是個中規中矩的指標,早在七八年前34411A系列六位半萬用表就已經通過添加一塊額外的高速ADC芯片達到了這樣的采樣速率。這次把高速采樣功能做成選件,說明Keysight認為常規用戶在使用萬用表時并不需要太高的采樣速率,況且采樣率與分辨率是一對互相矛盾的指標,50K采樣率下的分辨率只能達到四位半,這對有高精度需求的用戶來說意義不大。另外由于提供了USB接口和網絡接口,GPIB接口被改為選件以節省成本。標準存儲深度也被限制在50000個讀數,這個配置看起來算是實惠夠用。


由于看到高端六位半萬用表34465A的指標與34470A非常接近,在下面的比對中,我們也加入了34465A的指標用作參考,下圖是Keysight新一代萬用表平臺的四款產品基礎指標對比。


7510的標準配置要比34470A好很多,在不加任何選件的前提下,可以保存高達11M的存儲點,以及最高支持1M讀數每秒的采樣率(使用18比特ADC采樣)。在采樣速度和存儲深度上遠遠超過34470A,但這樣的配置似乎在繼續走一條已經被Keysight證明不通的道路。


在基礎測量能力方面,直流電壓測量兩者都提供了5個量程,從100mV到1000V,我們選擇最小的100mV量程作為參考,將兩者的精度統一成相同的格式:


34465A (DCV 100mV量程,90天精度):40ppm × 讀數 + 35ppm × 量程

34470A (DCV 100mV量程,90天精度):40ppm × 讀數 + 35ppm × 量程

DMM7510 (DCV 100mV量程,90天精度):12ppm × 讀數 + 9ppm × 量程


可以看到34470A完敗,差距非常顯著。另外很奇怪的是,作為七位半萬用表的34470A與六位半的34465A精度指標居然完全相同,這究竟說明34465A超值,還是34470A不合格呢?


如果再看直流電阻的測量精度,7510提供了10檔電阻量程,從1?到1G?,Keysight 34470A只提供8檔,100?到1G?。我們選擇共同提供的100?量程作為參考:


34465A (RES 100?量程,90天精度):50ppm × 讀數 + 40ppm × 量程

34470A (RES 100?量程,90天精度):50ppm × 讀數 + 40ppm × 量程

DMM7510 (RES 100?量程,90天精度):27ppm × 讀數 + 4ppm × 量程


這里7510與34470A甚至出現了數量級差別,同時34465A與34470A指標再次保持一致。最后我們再來看一下電流測量能力的比較,7510提供了10uA到10A共8個量程,34470A提供9個量程,從1uA到10A,多出一個小電流量程。我們仍然選擇共有的最小量程10uA作為比較標準:


34465A (DCI 10uA量程,90天精度,typical):300ppm × 讀數 + 20ppm × 量程

34470A (DCI 10uA量程,90天精度,typical):300ppm × 讀數 + 20ppm × 量程

DMM7510 (DCI 10uA量程,90天精度):100ppm × 讀數 + 30ppm × 量程


差距似乎接近了一些,但是需要注意的是,Keysight在這里耍了一個小花招,它提供的電流測量精度指標,在最小的三個量程內是以典型值(Typical)的方式標注的。文檔里所謂典型值的描述是:只有80%的產品可以達到這一指標,但不作為保證指標。


換言之,如果你只用到這幾種測量方式,放棄34470A改買34465A吧,只要1395美元,畢竟只要一半的價格,卻提供相同的精度指標。讓人有一種34470A的出現僅僅是為了襯托34465A性價比的感覺。


Keysight 34465A與34470A在指標上的微小差別讓我們有理由懷疑這兩款數字萬用表在硬件上完全相同,僅僅是34470A在軟件上進行數字處理時,保留了更多的位數顯示,也就是所謂的分辨率。


由于精度部分的數據僅僅來自于各家的指標說明手冊,我們還需要進一步實測,驗證一下是否與真實情況相符。這次測試中,我們仍然使用標準的5號電池作為電壓源,它的好處是輸出直流電壓非常穩定,幾乎不帶有任何交流干擾內容。驗證方法是,我們分別使用34470A與7510對干電池的輸出電壓進行測試,在測試過程中的設置和布置包括:


1. 10PLC積分時間,確保達到最高精度

2. 10V直流電壓量程,這是萬用表的最高精度量程

3. 打開自動歸零功能

4. 輸入端設置為10M高阻輸入

5. 熱機時間超過30分鐘 (這里我們犯懶了,其實說明書中keysight要求1小時熱機時間,Keithley要求1.5小時熱機時間)

6. 讀取100個電壓讀數,計算標準方差Standard Deviation


在這項測試中,標準方差反應了重復測量結果的一致性。我們雖然不能直接驗證兩家萬用表在電壓測量中的精度情況,但可以根據100次讀數的標準方差,了解重復測量同一信號時,各個測試結果之間的離散程度。如果測量結果分散較大,則一定說明測試穩定性較差。


34470A的操作界面與我們之前測試過的34461A完全相同。自帶的分析功能可以直接進行標準方差計算。在進行100次采樣后,我們看到結果如下圖所示。


因為采用觸摸屏設計,7510的界面設置比較直觀,我們很方便的按照同樣的配置對它進行設置,觸摸屏設計的一大優點是可以簡化儀表的學習時間,通過滑動屏幕可以調出設置菜單,點擊相應的按鈕就有對應的設置菜單彈出,非常直觀。


另外完整菜單的設置也全部采用圖標的形式,顯示效果比較漂亮。


我們并沒有在測試中找到直接進行標準方差測量的辦法,這也算一個遺憾。只能通過數據記錄的方式采集100個讀數,上傳到電腦端在Excel里進行分析:


最后的計算結果如下:


標準方差的比較中,7510的結果是1.97E-06,而34470A的結果是5.3E-06,7510多次測量值的離散程度遠遠小于34470A。最大值與最小值的偏差中,7510為8uV,而34470A達到19uv,同樣是7510取得巨大的優勢。


當然這個簡單的測試僅僅說明了測試結果的一致性問題,如果大家還有更好的驗證精度的方法,也歡迎繼續和我們進行討論。但到目前為止,我們一致認為如果單純從性能比較,7510的指標是優于34470A的。


在這次評測中,我們覺得Keithley 7510在新產品設計中體現出了一種更高層次的追求。這表現在對觸摸屏操作的勇敢嘗試,對高品質工藝和用料的使用,以及對性能指標的嚴格要求。但是帶來的負面效應就是成本和價格的上升。


Keysight憑借強大的品牌號召力,精心設計的定價,合理的平臺化設計,以及夠用的產品性能,相信可以在七位半萬用表市場拿到很好的份額。而Keithley很有可能因為價格問題遇到阻礙。但34470A也有可能遭遇來自同一平臺的34465A的挑戰,接近一半的價格,卻具備同樣的配置,以及相同的直流測量精度,34470A僅僅在長期穩定性上具備優勢,在性價比上顯然34465A勝出。另外完全相同的短期精度指標讓人覺得34470A作為七位半萬用表有點名不副實。我們在后續的文章中也會進一步詳細為您解釋這兩款萬用表在硬件上的差異。


對Keithleyl來說另外一個比較要命的問題是,7510作為新型數字萬用表平臺,其操作方式和設計風格已經注定它的價格會高居不下,如果在此平臺上繼續推出六位半甚至五位半臺式數字萬用表(這可是數字萬用表真正的大市場所在),該如何面對Keysight的價格競爭?這樣下去Keithley的萬用表市場可能會面臨很嚴重的問題。

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