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通用数据采集卡特性参数

发布日期:2017-12-13 10:50:14 【关闭】
摘要:数据采集卡按其功能主要分为三大类:模拟输入采集卡、模拟输出采集卡和数字I/O接口 卡。模拟输入采集卡完成多通道的模拟量转换成数字量的功能,模拟输出采集卡则是完成多通 道数字量转换成模拟量的功能,数字I/O 接口卡主要完成 TTL电平信号的传输。

   数据采集卡按其功能主要分为三大类:模拟输入采集卡、模拟输出采集卡和数字I/O接口卡。模拟输入采集卡完成多通道的模拟量转换成数字量的功能,模拟输出采集卡则是完成多通道数字量转换成模拟量的功能,数字I/O 接口卡主要完成 TTL电平信号的传输。

   1.模拟输入采集卡

   (1)输入特性。

   1)通道数。它是 DAQ 产品将数字信号转换成模拟信号的路数,通常将通道分为:单端通道、伪微分通道和微分通道。

   2)A/D转换器类型。不同的应用环境下应采用不同类型的模/数转换器(ADC),以达到最佳性能。例如交流信号最好采用Delta-sigma调制的 A/D转换器。ADC类型主要包括连续模拟型、开关型、半开关型、积分型和delta-sigma调制型等。

   3)分辨率。它是ADC用来描述模拟信号转换成二进制数的位数。分辨率越高,满量程被分割的位数越多,因此对于给定量程和增益的输入量来说,能够检测的电压变化量将越小。对于一个理想的 DAQ 板可测最小电压变化取决于

最小电压变化 = 满量程/(增益 ×2分辨率

   分辨率仅是 DAQ 产品精度的一项指标,要全面了解 DAQ 产品的精确度还必须考虑相对精度(线性)、转换时间、偏移误差和放大误差等。

  4)最大采样率。它是 DAQ 的输入电路将模拟信号转换成数字信号的最高速率。板卡在数字化信号时可能还有一些其他稍低的转换比率。对于多通道采样,除非设备放大器的设置正好符合使用说明书的规定,否则采用最大采样速率可能达不到很好的精度要求。

 5)输入信号量程。它是 DAQ 产品能够接受并精确转换的电压范围。通过下面的公式,可以计算实际信号输入范围: 

   实际输入信号 = 输入信号量程/增益

   例 如,输入信号量程0~10V,增益为100,意味着产品可接受的信号为0~0.1V。一些产品中,输入范围和增益通过硬件选择;另一些则通过软件选择,最大工作电压规格与输入信号范围有关。过压保护规格说明,在不损坏产品的情况下输入信号可以达到的最大范围。

  6)输入耦合。通过这种方式将输入信号连入模拟输入电路。如果是直流耦合,AC和DC信号都能通过。如果是交流耦合,则只有 AC信号部分可以通过,DC部分被阻隔。

   7)最高工作电压(信号 + 共模电压)。它是输入非饱和下的最大输入电压,即使输入信号范围小到0~0.1V,也能将差分信号加到共模电压上,并且使输入饱和。

   8)过压保护。它是在不损坏板卡时的最大输入电压的情况下工作。

   9)保护通道:它是具有过压保护功能的通道名称。

   10)FIFO 缓冲器大小。FIFO 就是板卡上用来存储一定数目采样数据的一组存储器,避免在不能及时送入计算机内存时造成数据丢失。

   11)数据传输。它是可以将数字化数据从 DAQ 板卡传到计算机存储器的方法,可选方式有 DMA 方式、中断和可编程I/O 口。

   12)DMA方式(仅供板上有DMA传输能力的)。它是可以将DAQ板的数字化数据传输到计算机内存的 DMA 方法,可选的 DMA 方式有单发模式和查询模式。

   13)配置存储器大小。配置存储器包括供模拟输入操作的扫描列表信息,每一个配置存储器的入口定义了相应的模/数转化的操作。这些信息应包括但不局限于以下:通道数、极性、增益。

  (2)传输特性

   1)相对精度。它是一种由 DAQ 系统引起的非线性误差的最低有效位(LSB)的测量,它与每个DAQ系统相关。相对精度对于标准DAQ板传递函数的一条直线来说有着最糟糕的偏差。相对精度包含所有的非线性和量化误差,但不包括供给 ADC电路系统的分支和增益误差。相对精度由 LSB来度量,其越低,产品的线性性能就越好。实际上,一个好的 DAQ 产品,它的比较精度应在1LSB之内。相对精度是一个非常重要的规范,因为它告诉人们如何精确地将连续模拟信号转换成离散数字量。

  2)非线性特性。对于DAQ产品,其理想传输条件下最大偏差的FSR(满量程)百分比度量是一条直线。

  3)INL。INL是非线性积分的缩写,一种采用 DAQ 板传递函数直线性的最低有效位计算方法。具体地,它表明由 DAQ 板代码转换后所绘的图偏离了直线多远。

  4)DNL。DNL是非线性微分的缩写,是从1LSB 的理想数值到代码宽度的最差偏差的LSB度量。

   5)增益误差。它是相对于理想化的增益变化的程度,具体地由读数的百分比或ppm 给出。

  2.模拟输出采集卡

  (1)输出特性。通道数 ——— 该产品可同时产生的模拟信号的数量。

   分辨率 ——— 数字/模拟转换器(DAC)用来产生模拟信号的位数。分辨率越高,范围被分解成的部分数越高,因此阶跃电压被产生的能力越小。分辨率是 DAQ 产品精度的唯一度量方式(体现)。为了能完全DAQ产品的精度,至少还应将相关精度(线性度)、补偿误差和增益误差考虑在内。

  共模隔离 ———DAC转换器通道和地或与另一通道的最大容许电压差。

    最大刷新率 ——— 模拟输出可以将数字量转化为模拟值的最大速率。一些产品可以直接从一个在机上的缓存产生模拟输入采样而且因 此 可 以 在 任 意 情 况 下 满 足 最 大 更 新 率。含 有 DMA 数据传输能力的板卡也可以满足最大更新率。因为它们带有可用来传输数据的 DMA 处理器。

   DAC类型 ——— 为了达到最好的性能,不同的用途需要不同类别的数字 /模拟转换器(DAC)。例如,一个交流型信号是由deltasigma调制技术 DAC产生的最好信号。常见的 DAC类型有乘法型、双阻塞器乘法型及deltasigma调制型。

  FIFO 缓冲器大小 ———FIFO 是一组存储器,用来存储板卡上一定数目采样数据确保数据能够连续产生 ,即使有潜在阻碍数据从 PC内存里传送出来的中断发生。FIFO 的大小可以用采用数目表示,所以知道能缓冲多少采样点。产品可承受的等待时间大小由DAC转换时间(每秒刷新率)和 FIFO 大小的乘积确定。

  数据传输 ——— 数据传输是通过将数据从计算机的存储器传递到 DAQ 板上来。数据传递的操作有直接访问内存方式(DMA)、中断方式和可编程I/O方式。在控制I/O访问方式中PC机中的 CPU 只要接受到一个软件的代码并且产生一个类似的信号,就会将数据写入到 DAQ板中。中断数据传递方式为 DAQ 板产生一个中断信号发给 CPU,要求 CPU 将数据写入 DAQ板中。DMA(直接访问存储器)数据传递方式利用一个 DMA 控制器来代替 CPU,将数据从计算机存储器传递到 DAQ 板中。虽然在中断和可编程I/O 下都能高速传输数据,但是他们都需要利用 CPU 来传输数据的。而 DMA 传递方式可以在不影响 CPU 执行其他指令的同时,高速的传输数据。

   DMA模式 ——— 这个模式规范使用DMA传输方式,可以将计算机存储器的数据传输到一个类似于 DAQ 板的电路中。

  (2)传输特性。

   相对精度 ———DAQ 系统的非线性误差中最低有效位的测量。实际上,一个好的模拟输出的相对精度在 ±0.5LSB之内。对于模拟输出,相对精度与INL一样。

  绝对精度 ——— 偏离参考校准的最大输出电压,作为一个全范围的比例。

  DNL———LSB中的一种量度,在偏离理想值 1LSB 标准宽度的最差情况。一个理想的DAQ板的 DNL为0LSB,这就是说所有信号代码的宽度精度为1LSB。实际上,一个好的 DAQ的 DNL在 ±0.5LSB之间。

  单调性 ——— 单调性时,DAC一直可以为增加的代码提供增加的电压的保证。单调性也是解决特定温度范围的保证。

  补偿误差 ——— 额外的电压、特定的槽电压,可以在模拟输出电路中运用。延后标准规范中说明了最大偏移量将在模板完全被校准的时候产生。提前校准规范中你可以在最差情况发生时知道,即使模板未被校准。提前校准规范同时包括了模板中电路校准的能力的范围。

  (3)电压输出。

   输出范围 ——— 电路板所能产生的电压范围。有些产品是用硬件设备来进行输出范围选择的,而有些则使用软件来进行选择。通过对采用的外部标准输入电压进行设置可以确定输出范围。

  输出耦合 ——— 输出信号与输入/输出连线的连接方法。如果是直流连接,信号的直流部分和交流部分便都可以通过和产生,如果是交流连接,则只有信号的交流部分可以通过,而任何直流信号都不能通过。

  输出阻抗 ——— 模拟输出信道从输出端观察到的电阻。输出阻抗越低,连接到模拟输出端的电路对模拟输出信号的影响越小。

   电流驱动能力 ——— 模拟输出信道所能产生的最大电流。

   推荐负载阻抗 ——— 建议连接到模拟电路输出端的电路所具有的最小电阻和最大电容。

   保护 ——— 在不损坏电路板的情况下,模拟输出电路所能承受的条件。常见的保护条件有对地短路和开路。

  上电状态 ——— 当给板卡接通工作电源时模拟输出信道的状态。

  外部参考输入 ——— 使模拟输出产生满量程信号时的外部参考电压的幅值。

  范围 ——— 给外部标准输入端不至于使电压饱和的电压大小范围。

  过压保护 ——— 这个限值规定了可以连接在外部标准输入端不至于损坏电路板的最大电压量。

  输入阻抗 ——— 从外部标准输入端观察到的实际电阻和电容。

   带宽(-3dB)——— 通过时减少小于3dB的频率范围。

  (4)电流输出。

  范围 ——— 输出电流是可控的,大多数情况下电流范围是4~20mA 或0~20mA。

  类型 ——— 表明信道输出电流的形式。有些输出信道会吸收电流,这表明它们需要一个外部激励源,而另一些则是电流而不需要外部电源。

  输出阻抗 ——— 电流输出信道的实际电阻。输出电阻越低,连接到模拟输出端的电路对模拟输出信号的影响越小。

  激励电压范围 ——— 当电流输出信道需要一个外部激励源时,电流输出信道可以使用的电压范围。

  绝对精度 ——— 以满量程(FSR)的比例形式表示的电流输出对校订标准值的最大偏离量。

  旋转速率 ——— 模拟输出信道所拥有的最大的单位时间内电流改变速率。

  保护条件 ——— 保护条件详细说明了在不至于损坏电路板条件下模拟输出电路所能承受的条件类型。常见的保护条件有对地短路保护和开路保护。

  上电状态 ——— 当给板卡接通工作电源时模拟输出信道的状态。

  3.数字I/O 接口卡

  通道数目 ———DAQ产品能够获得和产生的输入或输出数字信号的数目。有些信道是双向的,可为输入也可为输出。而另一些则始终保持为输入或输出。

  兼容性 ——— 兼容性表明数字式输入/输出是为 TTL电平或 CMOS电平兼容或对二者均兼容。

  上电状态 ——— 当板卡接通工作电源时,数字通道的上电状态可能有三种:逻辑低电平、逻辑高电平和由输入端设置。

  数字逻辑电平 ——— 板卡能检测到或生成的作为低电平的最低电压或作为高电平的最高电压。这个参数同时表明与高电压或低电压相关的当前电平值。

  输入低电压 ——— 对于某个给定数字信道 DAQ 产品能够给出的作为逻辑低电平(二进制0)的最小和最大电压。

  输入高电压 ——— 对于某个给定数字信道 DAQ 产品能够识别的作为高逻辑电平(二进制1)的最小和最大电压。

  输出低电压 ——— 当DAQ产品正在生成一个逻辑低电平信号时,数字信道在输出电流Iout下能产生的最高电压。

 

 

 

  

 

 

  

  

 

  

  

  

  

  

 

 

 

 

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