軟件定義儀器的數(shù)字化前端和ADC 的等效分辨率

　　3 等效分辨率的應(yīng)用

　　3.1 ADC 的選擇

　　表1 為10 款ADC 的參數(shù)和由式（17）計(jì)算出的等效分辨率。由表1 可知，No.10 的等效分辨率最高，因此，僅從等效分辨率來(lái)看AD7739 是設(shè)計(jì)數(shù)字化前端的最優(yōu)選擇， 但考慮其采樣速率較低，No.6 和No.8 也可以作為優(yōu)選的型號(hào)?？偠灾?， 選擇ADC 時(shí)主要參考其等效分辨率和采樣速率這兩個(gè)參數(shù)，No.6、No.8 和No.10 均在考慮之列， 其中前二者采樣速率較高，適用于中、高頻信號(hào)；后者采樣速率較低，只能用于低頻信號(hào)的測(cè)量。

　　3.2 數(shù)字化前端的設(shè)計(jì)

　　選擇ADC 設(shè)計(jì)軟件定義儀器的數(shù)字化前端不僅要考慮ADC 的性能，還要兼顧控制器的運(yùn)算能力問(wèn)題。對(duì)于中、高頻信號(hào)的測(cè)量要選用ADS5547 和AD9460-80 型ADC，其采樣速率分別為200 MSPS 和80 MSPS。為了與采樣速率相匹配， 信號(hào)處理核心模塊一般選用FPGA、DSP 或ARM 等高速微處理器；而對(duì)于低頻信號(hào)并選用AD7739 型ADC 時(shí)，由于其采樣速率只有15 kSPS， 因此信號(hào)處理核心模塊可選用低檔單片機(jī)。

　　3.3 用戶選擇軟件定義儀器

　　用戶選用軟件儀器時(shí)，可以依據(jù)實(shí)際應(yīng)用所需的等效分辨率和信號(hào)帶寬來(lái)選擇軟件儀器。以測(cè)量心電信號(hào)為例，其幅值一般為1 mV，帶寬75 Hz（采樣速率為400 SPS），分辨率一般要求10 位。在ADC 參考電Vref=2.5 V，則補(bǔ)償增益所要求的分辨率約為11 位，因此，要求軟件定義儀器的等效分辨率為21 位。

　　為了保證實(shí)現(xiàn)測(cè)試的效果， 一般要求分辨率有一定余量。對(duì)照表1，同時(shí)滿足等效分辨率和采樣速率要求的ADC有ADS5547、AD9460-80、AD7631 和AD7739，但從控制器機(jī)時(shí)和數(shù)據(jù)處理量等方面綜合考慮，AD7739 最為合適。其等效分辨率為26 位，可達(dá)到規(guī)定的測(cè)量精度；其采樣速率適于測(cè)量低頻信號(hào)，且滿足奈奎斯特定理；信號(hào)處理模塊可選用如單片機(jī)、低速ARM 等微處理器，數(shù)據(jù)處理量相對(duì)較小，實(shí)時(shí)性高，適于低頻生理信號(hào)的測(cè)量與處理。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　軟件儀器中的數(shù)字化前端的設(shè)計(jì)核心是讓ADC 盡可能的靠近傳感器，其目的是讓待測(cè)信號(hào)盡快數(shù)字化，是用ADC的采樣速率換取高分辨率， 用高分辨率換取待測(cè)信號(hào)的增益，這為儀器功能的軟件定義提供了基礎(chǔ)，提高儀器的靈活性和穩(wěn)定性。本文討論了軟件定義儀器中的數(shù)字化前端的具體設(shè)計(jì)方法，結(jié)合過(guò)采樣技術(shù)和香農(nóng)限帶高斯白噪聲信道的容量公式推導(dǎo)出了等效分辨率公式。本文結(jié)合實(shí)例，從不同層面出發(fā)，應(yīng)用等效分辨率概念，明確指導(dǎo)了ADC 的選擇、軟件定義儀器中數(shù)字化前端的選擇和用戶對(duì)軟件定義儀器的選擇。

　　因此， 等效分辨率為ADC 的性能*估和軟件定義儀器中的數(shù)字化前端的選擇提供了一個(gè)重要參數(shù)，也為選擇軟件定義儀器提供了一個(gè)簡(jiǎn)明的指標(biāo)，有著一定的指導(dǎo)意義。