數(shù)據(jù)采集(DAQ)基礎知識

　　所表示的值。有時DNL指標顯示數(shù)據(jù)采集設備沒有丟失碼，這意味著DNL低于–1 LSB，但是沒有上邊界的技術指標。所有NIE系列設備都保證沒有丟失碼，并且其技術說明上清楚地標明DNL的技術指標，因此您就可以知道設備的線性度。

　　如果以上文提到的數(shù)據(jù)采集設備為例，其編碼寬度為1.5 μV，略高于500 μV時會有一個丟失碼，此時，增加電壓至502 μV的情況將不會被探測到。在這個例子中，只有電壓值再增加一個LSB，大于503 μV時，電壓改變值才能被探測到。因此較差的DNL會降低設備的分辨率。

　　相對精度-相對精度是指相對理想數(shù)據(jù)采集的轉(zhuǎn)換函數(shù)(一條直線)，最大離差的LSB測量位數(shù)。數(shù)據(jù)采集設備的相對精度是通過連接一個 負的滿量程電壓來確定的，采集電壓，增加電壓值，重復這些步驟直至覆蓋設備的整個輸入范圍。當描繪這些數(shù)字化點時，結(jié)果應是如圖4(a)所示的一條近似直 線。然而，當您從數(shù)字化值中減去理想直線值，可描繪出這些計算結(jié)果所得到的點，如圖4(b)所示。距零的最大離差值即為設備的相對精度。

　　圖4.決定一個數(shù)據(jù)采集設備的相對精度。圖4(a)顯示了通過掃描輸入而產(chǎn)生的一條近似的直線

　　圖4(b) 顯示，通過減去理論計算的直線數(shù)值得到的圖形顯示實際上并不是直的

　　數(shù)據(jù)采集設備的驅(qū)動軟件將模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的二進制碼值通過乘以一個常數(shù)轉(zhuǎn)化為電壓值。良好的相對精度對數(shù)據(jù)采集設備很重要，因為它確保了將模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的二進制碼值能被準確地轉(zhuǎn)化為電壓值。獲得良好的相對精度需要正確地設計模數(shù)轉(zhuǎn)換器和外圍的模擬電路。

　　穩(wěn)定時間——穩(wěn)定時間是指放大器、繼電器、或其它電路達到工作穩(wěn)定模式所需要的時間。當您在高增益和高速率下進行多通道采樣時，儀用 放大器是最不容易穩(wěn)定下來的。在這種條件下，儀用放大器很難追蹤出現(xiàn)在多路復用器不同通道上的大變化的信號。一般而言，增益越高并且通道的切換時間越短 時，儀用放大器越不容易穩(wěn)定。事實上，沒有現(xiàn)成的可編程增益放大器可在2μs時間內(nèi)、增益為100時，穩(wěn)定地達到12位精度。NI為數(shù)據(jù)采集應用專門開發(fā) 了NI-PGIA，所以應用NI-PGIA的設備在高增益和高采樣速率下具有一致的穩(wěn)定時間。

　　噪聲-在數(shù)據(jù)采集設備的數(shù)字化信號中不希望出現(xiàn)的信號即為噪聲。因為PC是一個有噪聲的數(shù)字化環(huán)境，所以在插入式設備上作采集工作需 要經(jīng)驗豐富的模擬電路設計人員在多層數(shù)據(jù)采集設備上精心布線。簡單地把一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器、儀用放大器和總線接口電路布置在一個一層或兩層板上，這樣開發(fā)出的 設備會有非常大的噪聲。設計者可以在數(shù)據(jù)采集設備中使用金屬屏蔽來降低噪聲。恰當?shù)钠帘尾粌H用于數(shù)據(jù)采集設備上敏感的模擬部分，而且體現(xiàn)在設備的板層間使 用接地層。

　　圖5顯示了當輸入范圍為±10 V，增益為10時的一個直流噪聲。當1 LSB = 31 μV，20 LSB噪聲水平相當于620 μV的噪聲電壓。圖6顯示了兩個數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的直流噪聲曲線，它們使用的是相同的ADC，兩個數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的質(zhì)量可由這些噪聲曲線來決定——噪聲的范圍和 分布情況。從圖6a的曲線可以看出，NIAT-MIO-16XE-10，在0處有高的采樣分布，而它在其它碼值上的點數(shù)量極少。這種分布為高斯分布，它是 隨機噪聲。從曲線可以得知，峰值噪聲在±3 LSB以內(nèi)。在圖6b中，此產(chǎn)品是另一家廠商生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集設備，它的噪聲分布很不同。設備生成的噪聲高于20 LSB，出現(xiàn)了許多非期望值的采樣點。