模擬輸入需要考慮的參數(shù)——模擬輸入的技術(shù)說(shuō)明中將給出關(guān)于數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的精度和功能的信息。基本技術(shù)說(shuō)明適用于大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集產(chǎn)品，包括通道數(shù)目、采樣速率、分辨率和輸入范圍等方面的信息。

 

通道數(shù) 

    對(duì)于采用單端和差分兩種輸入方式的設(shè)備，模擬輸入通道數(shù)可以分為單端輸入通道數(shù)和差分輸入通道數(shù)。在單端輸入中，輸入信號(hào)均以共同的地線為基準(zhǔn)。這種輸入方法主要應(yīng)用于輸入信號(hào)電壓較高（高于1V），信號(hào)源到模擬輸入硬件的導(dǎo)線較短（低于15ft）的情況，所有的輸入信號(hào)共用一個(gè)基準(zhǔn)地線。如果信號(hào)達(dá)不到這些標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該使用差分輸入。對(duì)于差分輸入，要用到兩個(gè)通道進(jìn)行比較，由于共模噪聲可以在它們之間消除，從而減小了噪聲誤差。采用非參考單端輸入方式的設(shè)備與單端輸入方式的類(lèi)似，不過(guò)各通道共同的地線是與參考地浮置的。差分接法時(shí)通道數(shù)量是單端接法和非參考單端接法的一半。

 

采樣速率 

    這一參數(shù)決定了每秒種進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的次數(shù)。一個(gè)高采樣速率可以在給定時(shí)間下采集更多數(shù)據(jù)，因此能更好地反映原始信號(hào)。

 

多路復(fù)用 

    多路復(fù)用是使用單個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)測(cè)量多個(gè)信號(hào)的一種常用技術(shù)多路復(fù)用是使用單個(gè)測(cè)量設(shè)備來(lái)測(cè)量多個(gè)信號(hào)的常用技術(shù)。模擬信號(hào)的信號(hào)調(diào)理硬件常對(duì)如溫度這樣緩慢變化的信號(hào)使用多路復(fù)用方式。ADC采集一個(gè)通道后，轉(zhuǎn)換到另一個(gè)通道并進(jìn)行采集，然后再轉(zhuǎn)換到下一個(gè)通道，如此往復(fù)。由于同一個(gè)ADC可以采集多個(gè)通道而不是一個(gè)通道，每個(gè)通道的有效采樣速率和所采樣的通道數(shù)呈反比。

 

分辨率 

    模數(shù)轉(zhuǎn)換器用來(lái)表示模擬信號(hào)的位數(shù)即是分辨率。分辨率越高，信號(hào)范圍被分割成的區(qū)間數(shù)目越多，因此，能探測(cè)到的電壓變量就越小。圖1顯示了一個(gè)正弦波和使用一個(gè)理想的3位模數(shù)轉(zhuǎn)換器所獲得相應(yīng)數(shù)字圖像。一個(gè)3位變換器（此器件在實(shí)際中很少用到，在此處是為了便于說(shuō)明）可以把模擬范圍分為23，或8個(gè)區(qū)間。每一個(gè)區(qū)間都由在000至111內(nèi)的一個(gè)二進(jìn)制碼來(lái)表示。很明顯，用數(shù)字來(lái)表示原始模擬信號(hào)并不是一種很好的方法，這是由于在轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)丟失信息。然而，當(dāng)分辨率增加至16位時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的編碼數(shù)目從8增長(zhǎng)至65,536，由此可見(jiàn)，在恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)模擬輸入電路其它部分的情況下，可以對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行非常準(zhǔn)確的數(shù)字化。

 

量程 

    量程是模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以量化的最小和最大電壓值。泛華多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備能對(duì)量程范圍進(jìn)行選擇，可以在不同輸入電壓范圍下進(jìn)行配置。由于具有這種靈活性，可以使信號(hào)的范圍匹配ADC的輸入范圍，從而充分利用測(cè)量的分辨率。

 

 

圖1三位分辨率下正弦波的數(shù)字化

 

編碼寬度

     數(shù)據(jù)采集設(shè)備上可用的量程、分辨率和增益決定了最小可探測(cè)的電壓變化。此電壓變化代表了數(shù)字值上的最低有效位1（LSB），也常被稱(chēng)為編碼寬度。理想的編碼寬度為電壓范圍除以增益和2的分辨率次冪的乘積。例如，NI的一種16位多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備,可供選擇的范圍為0～10V或－10～10V；可供選擇的增益：1，2，5，10，20，50或100。當(dāng)電壓范圍為0～10V，增益為100時(shí)，理想的編碼寬度由以下公式?jīng)Q定：

 

 

    盡管前面所提到的數(shù)據(jù)采集設(shè)備具有16位分辨率的ADC和100kS/s采樣率這樣的基本指標(biāo)，但是您可能無(wú)法在16個(gè)通道上進(jìn)行全速采樣，或者得不到滿(mǎn)16位的精度。例如，目前市場(chǎng)上的某些帶有16位ADC的產(chǎn)品所得到的有效數(shù)據(jù)要低于12位。為了確定您所要用的設(shè)備是否能滿(mǎn)足您所期待的結(jié)果，請(qǐng)仔細(xì)審查那些超出產(chǎn)品分辨率的技術(shù)指標(biāo)。

評(píng)估數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品時(shí)，還需要考慮微分非線性度(DNL)、相對(duì)精度、儀用放大器的穩(wěn)定時(shí)間和噪聲等。

 

微分非線性度（DNL） 

    在理想情況下，當(dāng)提高一個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備上的電壓值時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器上的數(shù)字編碼也應(yīng)該線性增加。如果對(duì)一個(gè)理想的模數(shù)轉(zhuǎn)換器測(cè)定電壓值與輸出碼的關(guān)系，繪出的線應(yīng)是一條直線。這條理想直線的離差被定義為非線性度。DNL是指以LSB為測(cè)量單位，和1LSB理想值的最大離差。一個(gè)理想的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的DNL值為0，一個(gè)好的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的DNL值應(yīng)在±0.5LSB以?xún)?nèi)。對(duì)于一個(gè)編碼應(yīng)該有多寬，我們沒(méi)有更多的限制。編碼不會(huì)比0LSB更小，因此，DNL肯定是小于1LSB。一個(gè)性能較差的數(shù)據(jù)采集設(shè)備可能有一個(gè)等于或非常接近零的編碼寬度，這意味著會(huì)有一個(gè)丟失碼。對(duì)一個(gè)有丟失碼的數(shù)據(jù)采集設(shè)備無(wú)論輸入什么電壓，設(shè)備都無(wú)法將此電壓量化為丟失碼所表示的值。有時(shí)DNL指標(biāo)顯示數(shù)據(jù)采集設(shè)備沒(méi)有丟失碼，這意味著DNL低于1LSB，但是沒(méi)有上邊界的技術(shù)指標(biāo)。所有NI系列設(shè)備都保證沒(méi)有丟失碼，并且其技術(shù)說(shuō)明上清楚地標(biāo)明DNL的技術(shù)指標(biāo)，因此就可以知道設(shè)備的線性度。

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

 

相對(duì)精度 

    相對(duì)精度是指相對(duì)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(cè)量位數(shù)。數(shù)據(jù)采集設(shè)備的相對(duì)精度是通過(guò)連接一個(gè)負(fù)的滿(mǎn)量程電壓來(lái)確定的，采集電壓，增加電壓值，重復(fù)這些步驟直至覆蓋設(shè)備的整個(gè)輸入范圍。當(dāng)描繪這些數(shù)字化點(diǎn)時(shí)，結(jié)果應(yīng)是如圖2(a)所示的一條近似直線。然而，從數(shù)字化值中減去理想直線值，可描繪出這些計(jì)算結(jié)果所得到的點(diǎn)，如圖2(b)所示。距零的最大離差值即為設(shè)備的相對(duì)精度。

 

 

圖2 決定一個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的相對(duì)精度

 

    數(shù)據(jù)采集設(shè)備的驅(qū)動(dòng)軟件將模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制碼值通過(guò)乘以一個(gè)常數(shù)轉(zhuǎn)化為電壓值。良好的相對(duì)精度對(duì)數(shù)據(jù)采集設(shè)備很重要，因?yàn)樗�確保了將模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制碼值能被準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)化為電壓值。獲得良好的相對(duì)精度需要正確地設(shè)計(jì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器和外圍的模擬電路。

 

穩(wěn)定時(shí)間

    穩(wěn)定時(shí)間是指放大器、繼電器、或其它電路達(dá)到工作穩(wěn)定模式所需要的時(shí)間。在高增益和高速率下進(jìn)行多通道采樣時(shí)，儀用放大器是最不容易穩(wěn)定下來(lái)的。在這種條件下，儀用放大器很難追蹤出現(xiàn)在多路復(fù)用器不同通道上的大變化的信號(hào)。一般而言，增益越高并且通道的切換時(shí)間越短時(shí)，儀用放大器越不容易穩(wěn)定。事實(shí)上，沒(méi)有現(xiàn)成的可編程增益放大器可在2μs時(shí)間內(nèi)、增益為100時(shí)，穩(wěn)定地達(dá)到12位精度

噪聲 

    在數(shù)據(jù)采集設(shè)備的數(shù)字化信號(hào)中不希望出現(xiàn)的信號(hào)即為噪聲。因?yàn)镻C是一個(gè)有噪聲的數(shù)字化環(huán)境，所以在插入式設(shè)備上作采集工作需要經(jīng)驗(yàn)豐富的模擬電路設(shè)計(jì)人員在多層數(shù)據(jù)采集設(shè)備上精心布線。簡(jiǎn)單地把一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、儀用放大器和總線接口電路布置在一個(gè)一層或兩層板上，這樣開(kāi)發(fā)出的設(shè)備會(huì)有非常大的噪聲。設(shè)計(jì)者可以在數(shù)據(jù)采集設(shè)備中使用金屬屏蔽來(lái)降低噪聲。恰當(dāng)?shù)钠帘尾粌H用于數(shù)據(jù)采集設(shè)備上敏感的模擬部分，而且體現(xiàn)在設(shè)備的板層間使用接地層。圖3顯示了當(dāng)輸入范圍為±10 V，增益為10時(shí)的一個(gè)直流噪聲。當(dāng)1LSB = 31μV，20LSB噪聲水平相當(dāng)于620μV的噪聲電壓。圖4顯示了兩個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的質(zhì)量可由這些噪聲曲線來(lái)決定——噪聲的范圍和分布情況。從圖4a的曲線可以看出NI的產(chǎn)品在0處有高的采樣分布，而它在其它碼值上的點(diǎn)數(shù)量極少。這種分布為高斯分布，它是隨機(jī)噪聲。從曲線可以得知，峰值噪聲在±3 LSB以?xún)?nèi)。在圖4b中，此產(chǎn)品是另一家廠商生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，它的噪聲分布很不同。設(shè)備生成的噪聲高于20LSB，出現(xiàn)了許多非期望值的采樣點(diǎn)。

 

圖3 當(dāng)信號(hào)通過(guò)一個(gè)切換40路DC信號(hào)的多路復(fù)用器輸入儀用放大器時(shí)，表現(xiàn)為一個(gè)高頻率AC信號(hào)