程控电阻白皮书（一）

什么是可编程电阻？

市场和科技力量

可编程电阻模块的分类和参数介绍

需要更高的精度?

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仔细想想，我们的日常生活有很多传感器控制的场景。传感器能保证冰箱里的食物保持低温状态，外出跑步时用智能手机计算步数，甚至传感器能在交通事故中起到保护作用。在我们的个人生活如商业、航空/国防、医疗和其他领域的许多设备中都包含传感器。

所有的这些传感器都在测试中增加了复杂性，因为您需要在测试基于传感器响应做出判断的电路板时来模拟传感器。由于将实际的传感器合并到测试夹具中通常是不实际的，所以Pickering Interfaces公司发布了外部硬件产品，可用于在自动化测试程序中替换这些真实的传感器。在这篇文章中，我们将讨论关于传感器仿真，如何选择这些产品，并展示几个传感器仿真的实际应用案例。Pickering有超过15年的历史，在设计可编程电阻方面，Pickering有专业知识和产品深度，可以在传感器驱动的产品测试中发挥重要作用。

什么是可编程电阻？

顾名思义，它是可以由测试程序改变值的电阻器。可编程电阻板卡可以插入到模块化的测试设备中(如PXI)。它也可以是一个通过USB或以太网控制的独立设备。

对于大多数的可编程电阻模块，是通过使用继电器开关来短路一系列电阻来改变输出的电阻值。继电器可以是舌簧继电器、电磁继电器或固态继电器。每一种继电器都有其不同的优点和缺点，我们稍后也会对这部分内容进行讨论。

可编程电阻在量程、功率、精度和分辨率等方面有多种选择。我们这边文章的目的是帮助您理解这些区别，并为在给特定的测试需求中选择出正确的可编程电阻模块提供指导。

因此，在实际测试中，您会使用可编程电阻模块来模拟传感器吗？当您的传感器在设计测试过程中需要改变它的输出阻值时，您就可以利用这项技术来仿真任意类型的传感器。这些传感器包括测量温度、高度、光纤、应变等不同类型的大多数传感器。

作为测试策略的一部分，通过仿真来代替实际应用中的传感器可以通过创建更小的测试系统来降低成本；举个例子，如果您在测试中使用实际的温度传感器，您就需要一个烤炉或者不同的热源来让传感器做出反应。应变片也要求安装可以使应变片产生弯曲的机械夹具。这样下来，测试系统不仅会变得很大，而且相对于传感器仿真来说，反应也会变得很慢。

因此，可编程电阻就是为了提供一个更简单的测试系统，占用更少的空间、响应更快、可重复利用并且准确度更高。

市场和科技力量

如今的传感器市场如此之大，可以肯定的是，如果您的产品还没有和传感器相结合，将会很快被淘汰。据估计，到2025年，单单是压力传感器的市场规模就将接近120亿美元(Source: Grand View Research)。全球范围的汽车传感器市场，包括前面提到的大部分类型的传感器，到2023年将成为一个360亿美元的市场(Source: Grand View Research)。这样的市场预估表明传感器技术将会存在相当长的时间，我们也需要来测试这些传感器的控制器。

传感器遍布在如此多的产品当中，传感器仿真测试也很可能成为您的测试策略中的一部分。如前面提到的，将最终产品和该产品中的集成传感器用作试验台通常是不实际的。这里的原因是显而易见的：如果我正在测试一个EMU(发动机管理单元)，将实际的汽车作为测试站的一部分是不现实的。为了测试EMU，你需要仿真传感器的温度、气流、高度和其它参数，以确保被测试单元的正常运行。

可编程电阻模块的分类和参数介绍

在上图中,您会看到一个基于PXI的可编程电阻器(pickering interface的40-295系列产品，其它的厂家也会有类似的产品)。如果我们以其中一个通道为例，我们看到它是由多个电阻和各个继电器连接在一起组成的。当所有继电器都关闭时，理论上串联电阻的值是0欧姆。在实际中，它可能是几百毫欧姆，因为每个继电器和PCB本身存在一个很小的电阻。

当每个继电器打开时，电阻链的输出电阻值就会改变，当一个或多个电阻器的继电器打开时，电阻板卡的输出电阻值就等于串联电阻的阻值。电阻模块可提供8位，12位，16位，24位。电阻模块的电阻链越长，分辨率就越高，这就意味着越高分辨率的模块上输出通道就越少。

需要更高的精度?

上图是pickering品牌的40-262模块，是专为高精度测试应用而设计的高精度程控电阻模块。它的设计就类似于上面提到的电阻链，它有一个用于粗调的电阻链(如左下图展示的通道示例)。再加上一个数字电位器(微调)和一款了解电阻链的电阻值和精度的软件，使得该模块可以对正在编程的通道进行微调设置。这种配置提供了比标准电阻链大一个数量级的电阻设置。高精度电阻模块的分辨率低至2毫欧姆，精度为0.03%，而标准电阻链的分辨率为25毫欧姆，精度为±0.3%。

高精度的程控电阻比标准精度的程控电阻成本更高，并且由于精度增加的原因，通道数也会更小。但是如果实际的应用需要这种精度的话，该系列产品就是在市场上的一种不错的选择。

针对非常简单的传感器测试需求，也有一些模块是可以不指定电阻值的。您可以联系您的供应商来根据您的测试需求选择特定的电阻值，或者自己制作。如果您决定自己做，请留意建议的功率数，以确保模块消耗的功率值。

有一些版本的可编程电阻在每个电阻上都有两个继电器以避免对测试程序中注入故障。这些继电器可以用来仿真传感器短路或者开路。需要注意的是一个固定值的电阻模块就意味着智能应用在一个应用程序中。当一个电阻模块需要有较宽的电阻范围，成本也会随之上升，这样就可以在将来的应用中进行重复利用。

电位计仿真模块是通过将2个电阻链连接到一起来设计的，如左上图所示。您的测试程序应该提高电阻链中的其中一个电阻的值，降低另外一个电阻链的值，就像电位计的工作原理一样。您也可以将两个通道通过硬件连接在一起。

最后呢，我们还有一个可编程电阻模块是专门为特定的传感器类型配置的。两个最常见的仿真，一个是RTD（Resistive Temperature Detector），另一种是应变片仿真中的电阻桥臂电路。这些模块有一个软件驱动，可以允许您设置温度或者平衡桥臂电路的程序值。仿真器的设置可以再该值的上下进行调整，用来仿真应变片的扩展或压缩。(如右上图所示）

需要提出的一些附加特性是通过隔离电阻通道或短路电阻通道来为测试设备提供接近0Ω的电阻值。这使得可编程电阻模块可以通过短路或开路的形式来仿真与传感器之间的不良连接，进一步为实际测试通过程序注入故障。

如果需要设置为高精度，就需要找一款带有校准端口的电阻模块。在左图的示意图中，校准端口是一个多路复用器，使得这个校准端口可以每次切换到任一通道。链接一个高精度的DMM模块到这个端口，就可以允许用户为测试程序验证每次需要设置的值。

根据制造商的不同，还有一个特性也许会对您有利。一些可编程电阻模块具有一些闲置的继电器，可以允许您对电阻模块重新进行配置。这些包括

串联或并联两个电阻链，用来扩展电阻的通道范围或者提高其分辨率。
添加一个固定的电阻进行切换，用来提供一个偏移电阻。
添加额外的故障条件。

在一个模块化的测试平台中，这就像在一个机箱槽位中有两个模块，它可以为另外的仪器或者开关释放一个槽位。

下一节，我们重点看一下关于可编程电阻的性能参数介绍，并介绍几篇案例供大家参考。