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選擇數(shù)據(jù)采集卡時(shí)需要考慮以下十個(gè)方面
更新時(shí)間:2020-06-26   點(diǎn)擊次數(shù):2642次
  數(shù)據(jù)采集卡又叫數(shù)字化儀,是把傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào),通過模數(shù)轉(zhuǎn)換,再把數(shù)字信號(hào)送到上位機(jī)中進(jìn)行分析,處理(像成像)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集卡是一種軟件和硬件結(jié)合的產(chǎn)品,終都要與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)通信,是一種實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集(DAQ)功能的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡,可以通過USB、PXI、PXIe、PCI、PCI Express、VME、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太網(wǎng)、各種無線網(wǎng)絡(luò)等總線接入個(gè)人計(jì)算機(jī)或工業(yè)計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)采集卡由于是一個(gè)軟硬件結(jié)合的產(chǎn)品,產(chǎn)品比較復(fù)雜,涉及到的參數(shù)也比較多,下面列出10個(gè)重要參數(shù),以及這些參數(shù)小編的理解。
 
  1、帶寬:
  由信號(hào)頻譜圖可以觀察到一個(gè)信號(hào)所包含的頻率成分。把一個(gè)信號(hào)所包含諧波的Zui高頻率與低頻率之差,即該信號(hào)所擁有的頻率范圍,定義為該信號(hào)的帶寬。因此可以說,信號(hào)的頻率變化范圍越大,信號(hào)的帶寬就越寬。帶寬通常指功率譜密度的Zui高點(diǎn)下降到1/2時(shí)界定的頻率范圍,又叫3dB帶寬。
 
  2、采樣速率:
  采樣率就是數(shù)字采集卡/示波器模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將輸入信號(hào)數(shù)字化的時(shí)鐘速率,每個(gè)數(shù)據(jù)采集卡都有內(nèi)部晶振,晶振是按固定頻率振動(dòng)的,采樣率的調(diào)整是數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)部電路調(diào)節(jié)的結(jié)果。需要強(qiáng)調(diào)的是,采樣率和帶寬沒有直接的關(guān)系。
  數(shù)字化儀的實(shí)時(shí)采樣率=3?4倍數(shù)字采集卡的帶寬
 
  3、采樣模式:
  采樣模式主要有實(shí)時(shí)采樣和等效時(shí)間采樣(ETS)兩種。
  實(shí)時(shí)采樣特別適合頻率范圍不到示波器大采樣率(數(shù)字示波器在對(duì)信號(hào)波形進(jìn)行數(shù)字化時(shí),單位時(shí)間內(nèi)采集數(shù)據(jù)的次數(shù)就是采樣率。)一半的信號(hào)(即滿足采樣條件:采樣信號(hào)頻率>=2被測(cè)量信號(hào))。在這種情況下,示波器可以在波形的一次“掃描”中采集遠(yuǎn)遠(yuǎn)足夠的樣點(diǎn),構(gòu)建準(zhǔn)確的圖像,實(shí)時(shí)采樣是使用數(shù)字示波器捕獲快速信號(hào)、單次信號(hào)、瞬態(tài)信號(hào)的唯1方式。
  等效采樣可以使用低于原始信號(hào)兩倍頻率的采樣頻率不失真的采樣并還原原始信號(hào),適合于對(duì)高頻周期信號(hào)的采樣和分析。如在測(cè)量高頻信號(hào)時(shí),示波器可能不能在一次掃描中搜集足夠的樣點(diǎn)??梢允褂玫刃r(shí)間采樣,準(zhǔn)確地采集頻率超過采集率/2.5的信號(hào)。等效時(shí)間采樣通過從每次重復(fù)中捕獲少量信息,構(gòu)建重復(fù)信號(hào)的圖像,如下圖所示,波形緩慢構(gòu)建,象一串燈一樣,一個(gè)接一個(gè)地亮起。示波器可以準(zhǔn)確地捕獲頻率成分遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于示波器采樣率的信號(hào)。
  等效采樣的基本原理是把高頻、快速信號(hào)變成低頻、慢速重復(fù)信號(hào)進(jìn)行采集。為了達(dá)到低速采樣還原高頻信號(hào)的目的,要求被測(cè)信號(hào)一定是周期變化的,如果將每個(gè)采樣點(diǎn)安排在不同信號(hào)周期內(nèi),而不是在同一個(gè)周期的話,就可以大大降低采樣頻率。后通過數(shù)學(xué)方法再將多個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)還原到一個(gè)周期內(nèi),重構(gòu)被測(cè)信號(hào)。
 
  4、分辨率和動(dòng)態(tài)范圍:
  數(shù)字示波器和數(shù)字化儀都通過 ADC將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。ADC芯片有一個(gè)重要指標(biāo),就是比特?cái)?shù)又叫垂直精度,一般是8bit、16bit、24bit,比特?cái)?shù)就是數(shù)字化儀的分辨率。對(duì)于任意給定的輸入范圍,以數(shù)字方式表示信號(hào)的可能離散電平點(diǎn)數(shù)為2的8次方,2的16次方,或者2的24次方,其中8,16,24就是數(shù)字化儀的分辨率。當(dāng)輸入范圍分成N(8,16,24等)級(jí)時(shí),數(shù)字化儀可檢測(cè)的小可能電壓就表示為。例如,一個(gè)8位數(shù)字化儀把10 Vpp 的輸入范圍分為2的8次方=256級(jí),每級(jí)39毫伏,而24 位的數(shù)字化儀則將相同的10Vpp輸入范圍分為2的24 次方= 16,777,216 級(jí),每級(jí)596 nV(比8位數(shù)字化儀約小65,000 倍)。使用高分辨率的數(shù)字化儀一般是用來測(cè)試小信號(hào)的,低分辨率的數(shù)字化儀一般用來測(cè)試大信號(hào),具體應(yīng)用很多是需要中和考慮的。畢竟采集卡采樣率越高,精度越高,價(jià)格也越貴。
  數(shù)字示波器通常都是8位分辨率的 ADC,這對(duì)大多數(shù)應(yīng)用是足夠的,但對(duì)于微小信號(hào)檢測(cè),精確的頻譜分析是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
 
  5、信號(hào)輸入模式:
  信號(hào)輸入模式有兩種,一種是單端輸入模式,一種是差分輸入模式,具體比較見下列表。
 
  6、觸發(fā):
  通常情況下,示波器和數(shù)字化儀用于基于特定事件的信號(hào)采集。儀器的觸發(fā)功能目的是采集你想要的信號(hào),不采集無用的信號(hào),采集的信號(hào)越多,數(shù)據(jù)也就越大,對(duì)數(shù)據(jù)保存、傳輸和處理都是一個(gè)挑戰(zhàn),重要的是,用戶所關(guān)心的信號(hào)大多數(shù)是整個(gè)信號(hào)的很小一部分。
  觸發(fā)主要有兩種:軟件觸發(fā)和硬件觸發(fā)。
  軟件觸發(fā):及通過軟件控制開始和結(jié)束。硬件觸發(fā):是通過對(duì)外部信號(hào)的判斷,像上升沿、下降沿、高電平、低電平等觸發(fā),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)采集卡的觸發(fā)。
 
  7、板載內(nèi)存:
  板載內(nèi)存,也就是數(shù)字化儀/數(shù)據(jù)采集卡的存儲(chǔ)大小。信號(hào)數(shù)字化之后,數(shù)據(jù)只能通過傳輸或者保存,很多時(shí)候,受總線帶寬的限制,數(shù)據(jù)沒法實(shí)時(shí)傳輸,只能先保存到數(shù)字化儀和數(shù)據(jù)采集卡中。板載內(nèi)存還有一個(gè)功能是有利于板載計(jì)算,像板載計(jì)算模塊FPGA 也能有一定內(nèi)存,但一般是KB級(jí)別的,對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用是不夠的,但如果有板載內(nèi)存,這個(gè)FPGA計(jì)算可以擴(kuò)展是GB級(jí)別,為很多需要用到板載實(shí)時(shí)處理的應(yīng)用需求提供了可能。
 
  8、通道數(shù):
  通道數(shù)就是能采集信號(hào)的通道個(gè)數(shù),這個(gè)比較好理解。但需要注意的是,示波器或數(shù)字采集卡等有很多通道,但并不是每個(gè)通道都是采集信號(hào)用的,還有觸發(fā)通道、時(shí)鐘通道,數(shù)字IO通道等。一般示波器2到4個(gè)通道,數(shù)據(jù)采集卡通道數(shù)可以比較多,多的可達(dá)幾十甚至幾百個(gè)通道。
 
  9、同步:
  幾乎所有的自動(dòng)化測(cè)試和許多臺(tái)式應(yīng)用都會(huì)需要同步,如示波器、信號(hào)發(fā)生器、激光器、開關(guān)、電機(jī)等等。同步分兩種,內(nèi)部同步和外部同步。
  內(nèi)部同步是通過總線,內(nèi)部時(shí)鐘等同步,像PXI、PXIe總線就自帶同步功能,另外,也可以通過一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)部時(shí)鐘作為主時(shí)鐘,分發(fā)給其它模塊來實(shí)現(xiàn)同步。
  外部同步,是共用一個(gè)觸發(fā)源和時(shí)鐘源來同步,采集設(shè)備都能接收外部觸發(fā)和外部時(shí)鐘,如果共用同一個(gè)源,這樣也能實(shí)現(xiàn)同步。
 
  10、軟件:
  一般示波器或數(shù)據(jù)采集卡廠家都有自己也軟件界面,可以直接使用,適合普通測(cè)試應(yīng)用。
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