Keithley 2002 八位半

lymex

一、2002简介

Keithley 2002，是世界上为数不多的八位半高精度万用表之一。
从辈份讲，2002是小字辈的，因为生产年代比较晚，大约是2000年。当然，晚出有后来居上的优势，因为可以参照别人的成熟技术，采用最新的结构设计和元件。
外观上看，与自己的2000六位半、2001七位半同样大小，半宽，这在8位半里绝无仅有。别的八位半都是标准宽度。
指标上看，基本档24小时1.2ppm，明显不如主流8位半的0.5ppm，当然1年指标10ppm也不算很差。电阻基本档1年9ppm，很不错了，甚至比电压档的指标还好，这很少见。尤其是2年指标11ppm，更是少有。
温度系数做的还不错，2V档0.2ppm/C，20V档0.3ppm/C，2k/20k档0.8ppm/C。
直流电流的指标350ppm/a很差，不比2001的400ppm好多少，34401的还是500ppm/a呢。
交流基本档200ppm/a，二流水平。

转移特性指标做的还不错，20V是0.15ppm、10V是0.2ppm。这个指标比3458A还差了一倍，但比8508A要好。但是，2002的线性指标0.2ppm不高，因此看来转移特性指标还是有水分。

从测试速度指标看，这是三款达到每秒6次的高速8位半之一。另外两款中，3458实际测试速度要比指标高很多（10倍），而R6581与指标相等。2002到底如何，待测试后就见分晓。

外观上看，尽管半宽的面板小，但安排的很紧凑，尤其是显示内容丰富，双排VFD点阵，外加一排状态行，与Advantest R6581类似。
但是，2002没有Guard输入端子，这是很大的遗憾，这也许是半宽表布局所限。其它8位半均为全宽、均有Guard。


背面看，该有的基本都有，多了个数字I/O，还有触发链接I/O。带有风扇但很小。有一个选件插板槽。
  

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二、2002内部图片

旋下后面两颗螺丝取下后框、拆下固定外壳螺丝1个，抽出外壳，露出内部



拧出黑色塑料盖子上的一颗螺丝并拆除，露出电路板。黑塑料内壁喷涂导电金属，接到测量地上，起屏蔽作用。要注意的是，由于2002没有Guard，因此也没有内壳，这是一种妥协设计。



上图中左边有一块插接的小板，这个就是ADC板。拆下看正面，点击可见大图


反面可见引脚标记



其下面的，就是我们最关心的模拟部分，点击可见大图



另一个角度，点击可见大图



拆下那个黑色塑料盖子，看到基准IC。一点也不感觉惊奇，也是LTZ1000ACH



那么LTZ的外围器件呢？都在的。
图的上部是贴片的LT1013，其左边是2只68k的ptf56电阻，这个也算凑合了。
下面R269是120欧0.1%的KRL线绕电阻K-300：http://www.krlbantry.com/products/Precision/sect-313.htm
左下的蓝色，标记为1085 9619，是一个电阻对，实测990欧/11.9k，显然就是温度分压电阻了。但这个电阻的厂家和类型暂不清楚，怀疑是Vishay的全资收购厂之一。

  

旁边有一个类似的，颜色、大小都一样，是Vishay的，应该是VFT薄膜电阻：http://www.vishay.com/docs/60041/60041.pdf
这个电阻，还有另外一个，被认为是7转15V和+15V转-15V用的。


整块模拟板没见几个电容，应该是焊接到了背面。

另一面，接口及数字部分，点击可见大图

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三、2002维修

可惜这个2002，屏坏了。找到一个好屏的7001，应该是一样的屏。



拆开看，屏没区别


  
把7001的屏的无脚侧翘起，塞进一段羊肉串的竹签，用夹子夹住，杠杆原理，撬！



热风枪伺候，吹了不到1分钟就自动脱略下来

  



原2002的坏屏好板拆卸就困难得多，因为怕把板子弄坏，是一个脚一个脚用吸锡器吸下来的
  



拆下的屏，有多余焊锡，用这个，蘸上松香酒精，加热一吸，非常干净



焊好的屏，检测测试无误

  


装进去，还缺面板



把7001的拆下来，用双面胶粘好，上电试验，2002终于恢复了

  

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四、2002测试

以下测试，均把2002的滤波关掉。

速度测试
首先，必须能够自动测试、采集。但2002的命令很怪，很多命令表现异常。例如表设置好了后，发一个MAES?命令，则只返回分辨为缺省的6.5位数据。
后来，临时采用如下办法进行采集：
把表设置在8.5分辨（CONFIG、Resolution），Time exact NPLC=11，此时测试周期1.1秒；
然后卡上仅用data?命令，设置540ms周期，测试周期也为1.1秒，这样可以采集出8.5位数据来。
本来，当NPLC=50的时候，采样周期是1秒，算上自动零，为2秒。但2002实际用时5秒。多出的3秒不知道是用在哪里，看delay也正常，说明书里也没发现有任何说明。
另外，在NPLC=10下测试周期是0.8秒，但NPLC=11下测试周期突然增大到1.1秒。选NPLC=10.1时测试周期为1.01秒，很怪的非线性。当然，我们在一般情况下不会真的选择非整数的NPLC，这样会增大工频干扰。
指标上看，NPLC=10下无自动零是0.2秒，有了自动零加大到了0.625秒，3倍还多。实际为0.8秒，还是有差距。

按理说，测试速度是指能出8位半分辨的速度。但出来的8位半有好有坏，所以还要看短稳。
2002在缺省NPLC=10下（周期0.8秒）能出标准的8位半，实际在NPLC=1下（周期0.08秒、每秒12.5次）能出标准的8位半。


10V开机测试
采样用NPLC=11（1.1秒），测试4910AV-10V，开机曲线如下。
大约1.5小时后就稳定了，很不错。
温度是接在尾部的GPIB卡上的传感器采集的，温升有4.5度，但这个不能作为内部温升的依据，更不能用来计算温度系数。
稳定后噪音有一些，取100个计算方差为0.078ppm。



10k开机测试
采样用NPLC=11（1.1秒），4线法测试SR104-10k电阻，开机曲线如下。
大约3小时后基本稳定，5小时完全稳定。
温度是接在尾部的GPIB卡上的传感器采集的，温升有2.5度，但这个不能作为内部温升的依据，更不能用来计算温度系数。
噪音不算小，平稳后方差0.50ppm。




各档准确度测试
20VDC档，测试10V，偏差+5.7ppm（见下面曲线），还算不错。
2VDC档，测试4910的1V输出，偏差有10.2ppm（见下面曲线），有点超差了。

10kOhm档，偏差-3.3ppm（见上面10k开机曲线），很不错。其中，SR104标定值为10k+2.3ppm。


电压档短路噪音、零点
三个低电压档0.2V、2V、20V的短路噪音，分别是0.083uV、0.114uV和0.463uV，与3458A对比起来是3倍以上的关系。
零点分别是-0.12uV、-0.23uV、-0.23uV，还不错。


那么Keithley自己又是怎么说的呢？看一下指标：

20V档，好像末位正负1个字之内变化很不错？不过往上看，是典型值，同时要设置到7位半，这就等价于8位半的10个字了，而且要打开10点滑动平均。显然，Keithley也自己知道其零点不好。



10V短期稳定性/噪音测试
测试了4910AV，曲线如下，方差为0.078ppm，比3458A的0.02ppm相差很多
这个与10V开机曲线是不同的测试，也是取比较平稳的100个数据计算，结果一样。
另外，类似测试了NPLC=5、10、50的特性，方差分别是0.087ppm、0.080ppm、0.073ppm。奇怪的是，变化很小。

  

1V短期稳定性/噪音测试
测试了4910-1V，曲线如下，方差为0.18ppm，比10V的大了一倍还多。
对比3458A的相同测试，方差0.07ppm，也比对应的10V大了2倍多。
另外，1V档偏差+10ppm多点，刚刚超过指标。



10k短期稳定性/噪音测试
K2002测试SR104-10k，四线，测试周期1.1秒，取1000个数据画图，再取100个相对平稳的连续数据求方差，为0.70ppm，不算小。
相比之下，3458A类似10k，方差为0.12ppm




24小时10V稳定性测试
测试前，2002已经连续开机48小时以上。测试时，用5秒周期，对4910AV连续采样。



20V档线性测试
限于现有测试条件，采用与3458A对比的方法。各点电压的产生借助于10V基准和720A KVD，可以方便的得到0、1、、、10V电压。
也可以用2个10V串联得到11V、12V，但更高的电压3458A就不能对比了。
2002的线性指标，是典型0.1ppm、最大0.2ppm，相对于20V档。也就是说，最大非线性误差为4uV。
相比3458A，最大为0.05ppm+0.05ppm，如果用多次采样平均排除末位影响，最大非线性误差为0.5uV。
测试采用两个电脑+两个GPIB卡同时采集，然后合成对比。
对比前，2002连续开机超过72小时，3458超过24小时。
结果，2002线性很好，在+-0.1ppm之内，而且是以10V位基础测试的。

  


其它测试
关机时，电压输入端口对外应开路，这样才能不对外界有干扰，绝大多数高位表都是这样的。
但是，2002关机后呈现11.66MOhm的阻抗。
另外一个类似的高位表，是Advantest  6871。


与其它同类对比
由于测试时间短，主要看短稳/噪音/重复特性，如下图：


2002是粉色线，折线的每一点代表对于速度下的方差/噪音，ppm。
可见，2002的短稳不如7位半的6871，甚至与6位半的34401差不多了。自然，8.5位分界线已经把2002排除在外。

lymex

测试到这里，基本明朗了。2002的ADC其实就是8位半的分辨，性能还是7位半的。
当然，内部电压基准和电阻基准都不错，就是ADC差了点。
庆幸当初没有头脑一热选了全新的2002。

lymex

【全文完】

yjm2000

坐个大沙发，广告位出租！

llycom

好贴啊。

grn

又是一款8位半

轩尼诗

学习。

逆风草

学习

自定义

差点看成2008！继续学习。

thy888

见到2002真面目

chenang39

牛机，基准LTZ1000附近电阻好像要求不高？

csclz

顶贴，学习

suny-hyb

牛机   

bgqjm

，看到3个金封，好机，基准配套电阻好像不咋地

changlu

占位学习！

zy_sh_npk

借问各位，图上的电阻标称好大呀！到底是100uF呢还是0.1uF呀.
乱踩一下,应该是用ALTERA的MAXII的CPLD构成的多斜率积分器吧!

csclz

应该是0.1uF吧

lymex

0.1MFD，以前的电容经常这样写，意思是0.1Micro FaraD
Micro就是微，Farad就是法拉，和起来就是微法。

erduo

实在是太小巧了!!!

zoo

短稳是啥水平的？

lymex

短稳很一般，测试完毕补充了进去。

tompeng

好东西，学习。。。

wanqing

大小做的很好，也很漂亮，希望指标也别太让人遗憾！

redtony

没有完全看懂，慢慢学习。老大利害，谢谢科普。

qq20325152

帮顶

zy_sh_npk

好文又被人顶出来了，再顶！