信號調(diào)理配件可用于各種重要的應用
　　放大功能——放大是*為普遍的信號調(diào)理功能。例如，需要對熱電偶的信號進行放大以提高分辨率和降低噪聲。為了得到的分辨率，要對信號放大以使調(diào)理后信號的電壓范圍和ADC的輸入范圍相等。又例如，SCXI有多種信號調(diào)理模塊可以放大輸入信號。在臨近傳感器的SCXI機箱內(nèi)對低電壓信號進行放大，然后把放大后的高電壓信號傳送到PC，從而限度地降低噪聲對讀數(shù)的影響。

　　隔離功能——另一種常見的信號調(diào)理應用是為了安全目的把傳感器的信號和計算機相隔離。被監(jiān)測的系統(tǒng)可能產(chǎn)生瞬態(tài)的高壓，如果不使用信號調(diào)理， 這種高壓會對計算機造成損害。
　　使用隔離的另一原因是為了確保插入式數(shù)據(jù)采集設(shè)備的讀數(shù)不會受到接地電勢差或共模電壓的影響。當數(shù)據(jù)采集設(shè)備輸入和所采集的信號使用不同的參考“地線”，而一旦這兩個參考地線有電勢差，就會帶來麻煩。這種電勢差會產(chǎn)生所謂的接地回路，這樣就將使所采集信號的讀數(shù)不準確；或者如果電勢差太大，它也會對測量系統(tǒng)造成損害。使用隔離式信號調(diào)理能消除接地回路并確保信號可以被準確地采集。例如，SCXI-1120和SCXI-1121模塊能提供高達250 Vrms的共模電壓隔離，SCXI-1122能提供高達450 Vrms電壓隔離。

　　多路復用功能——多路復用是使用單個測量設(shè)備來測量多個信號的常用技術(shù)。模擬信號的信號調(diào)理硬件常對如溫度這樣緩慢變化的信號使用多路復用方式。ADC采集一個通道后，轉(zhuǎn)換到另一個通道并進行采集，然后再轉(zhuǎn)換到下一個通道，如此往復。由于同一個ADC可以采集多個通道而不是一個通道，每個通道的有效采樣速率和所采樣的通道數(shù)呈反比。例如，1MS/s的PCI-MIO-16E-1采樣通道為10個，那么每個通道的有效采集速率大約為：
 

　　由于模擬信號的模擬SCXI模塊采用多路復用技術(shù)，一個數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以測量多達3,072個信號。使用AMUX-64T模擬多路復用器，您可以使用一個設(shè)備來測量256個信號。所有內(nèi)置有多路復用器的數(shù)據(jù)采集設(shè)備也具備這一特性。

　　濾波功能——濾波器的功能是指在您所測量的信號中濾除不需要的信號。噪聲濾波器用于如溫度這樣直流信號，它可以衰減那些降低測量精度的高頻信號。例如，許多SCXI模塊在使用數(shù)據(jù)采集設(shè)備對信號數(shù)字化前使用4 Hz和10 kHz的低通濾波器來濾除噪聲。

　　如振動這樣的交流信號常常需要另一種被稱為抗混頻的濾波器。像噪聲濾波器一樣，抗混頻濾波器也是低通濾波器；然而，它需要有非常陡的截止速率，從而可以濾除信號中所有高于設(shè)備輸入波段的頻率。如果這些頻率沒有被濾除，它們將會作為信號錯誤地出現(xiàn)在設(shè)備輸入帶寬中。專為測量交流信號而設(shè)計的設(shè)備——NI 455x、NI 445x和NI 447x動態(tài)信號采集（DSA）設(shè)備，NI6115同步采樣多功能I/O設(shè)備，SCXI-1141模塊都有內(nèi)置的抗混頻濾波器。

　　激勵功能——對于某些傳感器信號調(diào)理也能提供激勵源。例如，應力計、熱敏電阻器和RTD需要有外部電壓或電流激勵信號。用于這些傳感器的信號調(diào)理模塊常用來提供激勵信號。RTD測量常使用電流源來把電阻上的變化量轉(zhuǎn)化為可測量電壓。應力計是阻值非常低的電阻設(shè)備，常用于配有電壓激勵源的惠斯通電橋。SCXI-1121和SCXI-1122有板載的激勵源，可配置為電流或電壓激勵，從而可用于壓力計、熱敏電阻器或RTD。

　　線性化功能——另一種常見的信號調(diào)理功能是線性化功能。許多傳感器，如熱電偶，對被測量的物理量的響應是非線性的。NI的NI-DAQ、LabVIEW、Measurement Studio和VirtualBench等應用軟件包包含了應用于熱電偶、壓力計和RTD的線性化功能。

　　您需要了解您的信號的特性，用于測量信號的配置以及系統(tǒng)周圍環(huán)境的影響。根據(jù)這些信息，您才可以確定您的DAQ系統(tǒng)是否需要使用信號調(diào)理。

數(shù)據(jù)采集硬件
模擬輸入
　　模擬輸入的基本考慮－在模擬輸入的技術(shù)說明中將給出關(guān)于數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的精度和功能的信息�；炯夹g(shù)說明適用于大部分數(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，輸入信號均以共同的地線為基準。這種輸入方法主要應用于輸入信號電壓較高（高于1 V），信號源到模擬輸入硬件的導線較短（低于15 ft），且所有的輸入信號共用一個基準地線。如果信號達不到這些標準，此時應該用差分輸入。對于差分輸入，每一個輸入信號都有自有的基準地線；由于共模噪聲可以被導線所消除，從而減小了噪聲誤差。

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

　　多路復用－多路復用是使用單個模數(shù)轉(zhuǎn)換器來測量多個信號的一種常用技術(shù)。要了解更多關(guān)于多路復用的信息，請參看此文的“信號調(diào)理”章節(jié)。

　　分辨率－模數(shù)轉(zhuǎn)換器用來表示模擬信號的位數(shù)即是分辨率。分辨率越高，信號范圍被分割成的區(qū)間數(shù)目越多，因此，能探測到的電壓變量就越小。圖3顯示了一個正弦波和使用一個理想的3位模數(shù)轉(zhuǎn)換器所獲得相應數(shù)字圖像。一個3位變換器（此器件在實際中很少用到，在此處是為了便于說明）可以把模擬范圍分為23，或8個區(qū)間。
 
　　每一個區(qū)間都由在000至111內(nèi)的一個二進制碼來表示。很明顯，用數(shù)字來表示原始模擬信號并不是一種很好的方法，這是由于在轉(zhuǎn)換過程中會丟失信息。然而，當分辨率增加至16位時，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的編碼數(shù)目從8增長至65,536，由此可見，在恰當?shù)卦O(shè)計模擬輸入電路其它部分的情況下，您可以對模擬信號進行非常準確的數(shù)字化。

量程－量程是模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以量化的*小和電壓值。NI公司的多功能數(shù)據(jù)采集設(shè)備能對量程范圍進行選擇，可以在不同輸入電壓范圍下進行配置。由于具有這種靈活性，您可以使信號的范圍匹配ADC的輸入范圍，從而充分利用測量的分辨率。

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*小可探測的電壓變化。此電壓變化代表了數(shù)字值上的有效位1（LSB），也常被稱為編碼寬度。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——NI 6030E，，它可供選擇的范圍為0～10V或－10～10V；可供選擇的增益：1，2，5，10，20，50或100。當電壓范圍為0～10V，增益為100時，理想的編碼寬度由以下公式?jīng)Q定：

模擬輸入的重要因素－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100 kS/s采樣率這樣的基本指標，但是您可能無法在16個通道上進行全速采樣，或者得不到滿16位的精度。例如，目前市場上的某些帶有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)備是否能滿足您所期待的結(jié)果，請仔細審查那些超出產(chǎn)品分辨率的技術(shù)指標。
評估數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品時，還需要考慮微分非線性度DNL、相對精度、儀用放大器的穩(wěn)定時間和噪聲等。

微分非線性度（DNL）——在理想情況下，當您提高一個數(shù)據(jù)采集設(shè)備上的電壓值時，模數(shù)轉(zhuǎn)換器上的數(shù)字編碼也應該線性增加。如果您對一個理想的模數(shù)轉(zhuǎn)換器測定電壓值與輸出碼的關(guān)系，繪出的線應是一條直線。這條理想直線的離差被定義為非線性度。DNL是指以LSB為測量單位，和1LSB理想值的離差。一個理想的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的DNL值為0，一個好的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的DNL值應在±0.5 LSB以內(nèi)。

對于一個編碼應該有多寬，我們沒有更多的限制。編碼不會比0 LSB更小，因此，DNL肯定是小于-1LSB。一個性能較差的數(shù)據(jù)采集設(shè)備可能有一個等于或非常接近零的編碼寬度，這意味著會有一個丟失碼。對一個有丟失碼的數(shù)據(jù)采集設(shè)備無論輸入什么電壓，設(shè)備都無法將此電壓量化為丟失碼所表示的值。有時DNL指標顯示數(shù)據(jù)采集設(shè)備沒有丟失碼，這意味著DNL低于–1 LSB，但是沒有上邊界的技術(shù)指標。所有NIE系列設(shè)備都保證沒有丟失碼，并且其技術(shù)說明上清楚地標明DNL的技術(shù)指標，因此您就可以知道設(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1.5 µV，略高于500 µV時會有一個丟失碼，此時，增加電壓至502 µV的情況將不會被探測到。在這個例子中，只有電壓值再增加一個LSB，大于503 µV時，電壓改變值才能被探測到。因此較差的DNL會降低設(shè)備的分辨率。

相對精度－相對精度是指相對理想數(shù)據(jù)采集的轉(zhuǎn)換函數(shù)（一條直線），離差的LSB測量位數(shù)。數(shù)據(jù)采集設(shè)備的相對精度是通過連接一個負的滿量程電壓來確定的，采集電壓，增加電壓值，重復這些步驟直至覆蓋設(shè)備的整個輸入范圍。當描繪這些數(shù)字化點時，結(jié)果應是如圖4a所示的一條近似直線。然而，當您從數(shù)字化值中減去理想直線值，可描繪出這些計算結(jié)果所得到的點，如圖4b所示。距零的離差值即為設(shè)備的相對精度。