数据采集(DAQ)基础知识

　　所表示的值。有时DNL指标显示数据采集设备没有丢失码，这意味着DNL低于–1 LSB，但是没有上边界的技术指标。所有NIE系列设备都保证没有丢失码，并且其技术说明上清楚地标明DNL的技术指标，因此您就可以知道设备的线性度。

　　如果以上文提到的数据采集设备为例，其编码宽度为1.5 μV，略高于500 μV时会有一个丢失码，此时，增加电压至502 μV的情况将不会被探测到。在这个例子中，只有电压值再增加一个LSB，大于503 μV时，电压改变值才能被探测到。因此较差的DNL会降低设备的分辨率。

　　相对精度-相对精度是指相对理想数据采集的转换函数(一条直线)，最大离差的LSB测量位数。数据采集设备的相对精度是通过连接一个 负的满量程电压来确定的，采集电压，增加电压值，重复这些步骤直至覆盖设备的整个输入范围。当描绘这些数字化点时，结果应是如图4(a)所示的一条近似直 线。然而，当您从数字化值中减去理想直线值，可描绘出这些计算结果所得到的点，如图4(b)所示。距零的最大离差值即为设备的相对精度。

　　图4.决定一个数据采集设备的相对精度。图4(a)显示了通过扫描输入而产生的一条近似的直线

　　图4(b) 显示，通过减去理论计算的直线数值得到的图形显示实际上并不是直的

　　数据采集设备的驱动软件将模数转换器输出的二进制码值通过乘以一个常数转化为电压值。良好的相对精度对数据采集设备很重要，因为它确保了将模数转换器输出的二进制码值能被准确地转化为电压值。获得良好的相对精度需要正确地设计模数转换器和外围的模拟电路。

　　稳定时间——稳定时间是指放大器、继电器、或其它电路达到工作稳定模式所需要的时间。当您在高增益和高速率下进行多通道采样时，仪用 放大器是最不容易稳定下来的。在这种条件下，仪用放大器很难追踪出现在多路复用器不同通道上的大变化的信号。一般而言，增益越高并且通道的切换时间越短 时，仪用放大器越不容易稳定。事实上，没有现成的可编程增益放大器可在2μs时间内、增益为100时，稳定地达到12位精度。NI为数据采集应用专门开发 了NI-PGIA，所以应用NI-PGIA的设备在高增益和高采样速率下具有一致的稳定时间。

　　噪声-在数据采集设备的数字化信号中不希望出现的信号即为噪声。因为PC是一个有噪声的数字化环境，所以在插入式设备上作采集工作需 要经验丰富的模拟电路设计人员在多层数据采集设备上精心布线。简单地把一个模数转换器、仪用放大器和总线接口电路布置在一个一层或两层板上，这样开发出的 设备会有非常大的噪声。设计者可以在数据采集设备中使用金属屏蔽来降低噪声。恰当的屏蔽不仅用于数据采集设备上敏感的模拟部分，而且体现在设备的板层间使 用接地层。

　　图5显示了当输入范围为±10 V，增益为10时的一个直流噪声。当1 LSB = 31 μV，20 LSB噪声水平相当于620 μV的噪声电压。图6显示了两个数据采集产品的直流噪声曲线，它们使用的是相同的ADC，两个数据采集产品的质量可由这些噪声曲线来决定——噪声的范围和 分布情况。从图6a的曲线可以看出，NIAT-MIO-16XE-10，在0处有高的采样分布，而它在其它码值上的点数量极少。这种分布为高斯分布，它是 随机噪声。从曲线可以得知，峰值噪声在±3 LSB以内。在图6b中，此产品是另一家厂商生产的数据采集设备，它的噪声分布很不同。设备生成的噪声高于20 LSB，出现了许多非期望值的采样点。