高速數(shù)據(jù)采集時(shí)，遇到“混疊”和“幅度分辨率不足”怎么辦？

在使用模塊化數(shù)字化儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，重要的是要注意一些常見的設(shè)置問題，這些問題會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不良和浪費(fèi)時(shí)間。本文將對(duì)“混疊”和“幅度分辨率不足”兩個(gè)問題提供深入解答。

混疊，采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的普遍問題。自采樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)出現(xiàn)以來(lái)，由于輸入信號(hào)采樣不足而引起的混疊問題就一直存在。采用較的數(shù)據(jù)儀器，如數(shù)字化儀和數(shù)字示波器，根據(jù)采樣定理，要求模擬信號(hào)的采樣頻率大于輸入端存在的較高頻率分量的兩倍。如果不滿足這個(gè)條件，就會(huì)產(chǎn)生混疊。（2）采樣頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，與AD芯片的轉(zhuǎn)換一個(gè)點(diǎn)所需時(shí)間有關(guān)，例如：AD轉(zhuǎn)換一個(gè)點(diǎn)需要T=10us，則其采樣頻率f=1/T為100K（即100kHz），即每秒鐘AD芯片可以轉(zhuǎn)換100K的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。當(dāng)前的數(shù)字轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)通常包含大大超過模擬帶寬的較大采樣率。通過將其與長(zhǎng)采集存儲(chǔ)器相結(jié)合，這些數(shù)字化器較小化了這個(gè)經(jīng)典問題。 但是，用戶應(yīng)該注意混疊，尤其是在將采樣率編程為較低速度時(shí)。

采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣并存儲(chǔ)結(jié)果數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 如果采樣率滿足或超過采樣定理的規(guī)則，則可以重建信號(hào)而不丟失任何信息。如果模擬輸入波形的采樣頻率小于其較大頻率的兩倍，則數(shù)字采樣的重建結(jié)果會(huì)產(chǎn)生頻率低于原始頻率的波形。

幅度分辨率不足

數(shù)字轉(zhuǎn)換器使用模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)將模擬信號(hào)的樣本轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。ADC的分辨率是用于數(shù)字化輸入樣本的比特?cái)?shù)。對(duì)于一個(gè)n位ADC，可以產(chǎn)生的離散數(shù)字電平數(shù)為2n。因此，一個(gè)12位數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以解決212或4096級(jí)。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已廣泛應(yīng)用于通信、圖像采集、雷達(dá)、醫(yī)學(xué)器械等技術(shù)領(lǐng)域。較小有效位(lsb)表示可以檢測(cè)到的較小間隔，對(duì)于12位數(shù)字轉(zhuǎn)換器，較小有效位為1/4096或2.4 x 10-4。為了將lsb轉(zhuǎn)換成電壓，我們?nèi)?shù)字化儀的輸入范圍除以2，提高到數(shù)字化儀的分辨率。

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如何選擇高速數(shù)據(jù)采集卡？

用戶在進(jìn)行科研試驗(yàn)中，如果涉及高頻信號(hào)的試驗(yàn)，一般要進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集卡的選擇，如通信、高通物理、雷達(dá)等領(lǐng)域。選擇高速數(shù)據(jù)采集卡一般從如下幾個(gè)指標(biāo)考慮：

采樣率、分辨率、通道數(shù)、總線等。有些用戶對(duì)分辨率則比較敏感，通?？蛇x有8bit，10bit，12bit，14bit，16bit等。選型的關(guān)鍵還是看您高速數(shù)據(jù)采集卡做什么用，避免不要盲目選擇數(shù)據(jù)采集卡。因?yàn)椴煌臄?shù)據(jù)采集卡用的地方不同，首先你要確定你的用途，知道用處了才能更好的選型。用途確定后，查找相應(yīng)匹配的數(shù)據(jù)采集卡，查看其參數(shù)是否適合你的需求，把不同型號(hào)的采集卡作對(duì)比，這樣才可以挑選出更適合你的。數(shù)據(jù)采集板的應(yīng)用與這些關(guān)鍵詞息息相關(guān)：信號(hào)類型（脈沖、中頻、射頻….）、信號(hào)幅度、信號(hào)帶寬、是否需要FPGA實(shí)時(shí)處理，通道數(shù)…….

采樣率：非常關(guān)鍵的指標(biāo)，如果是包含直流分量的信號(hào)，采樣率的選擇一般是信號(hào)頻率的8倍以上。如果是通信調(diào)制信號(hào)，可以是采用欠采樣的方式采集，這時(shí)重點(diǎn)考慮的是板卡的帶寬。

分辨率：有些用戶對(duì)分辨的要求不高，比如通信等；有些用戶對(duì)分辨率則比較敏感，通?？蛇x有8bit，10bit，12bit，14bit，16bit等。

通道數(shù)：對(duì)于有些陣列應(yīng)用的場(chǎng)合，通道數(shù)是非常關(guān)鍵的一個(gè)要素。比如超聲陣列、相控陣?yán)走_(dá)、分布式高能物理探測(cè)等。當(dāng)然，此種場(chǎng)合的對(duì)同步性要求也非常高。

總線：用戶根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模、經(jīng)費(fèi)預(yù)算等，也需適合選擇合適的總線。比如經(jīng)費(fèi)試驗(yàn)室環(huán)境可選擇PCIe、USB總線等，如果是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)，可選擇cPCI、VPX等。

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數(shù)據(jù)采集卡的通道數(shù)

通道數(shù)指可同時(shí)采集模擬量的個(gè)數(shù)，例如在溫度場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，我們需要檢測(cè)6個(gè)不同物理位置的溫度，這時(shí)就需要在6個(gè)不同位置安裝溫度傳感器，每一個(gè)傳感器都會(huì)輸出自己位置的溫度信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡就至少需要6個(gè)AD轉(zhuǎn)換器，來(lái)滿足系統(tǒng)檢測(cè)的要求。

絕大多數(shù)數(shù)據(jù)采集卡上只有一個(gè)AD轉(zhuǎn)換器，通過使用模擬開關(guān)來(lái)分時(shí)采集不同通道的數(shù)據(jù)，從而得到多通道的數(shù)據(jù)采集卡。

數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集，又稱數(shù)據(jù)獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)接口。數(shù)據(jù)采集技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。針對(duì)制造業(yè)企業(yè)的龐大生產(chǎn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集工具尤為重要。

數(shù)據(jù)采集，又稱數(shù)據(jù)獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)接口。數(shù)據(jù)采集

技術(shù)廣泛引用在各個(gè)領(lǐng)域。比如攝像頭，麥克風(fēng)，都是數(shù)據(jù)采集工具?！”徊杉瘮?shù)據(jù)是已被轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)的各種物理量，如溫度、水位、風(fēng)速、壓力等，可以是模擬量，也可以是數(shù)字量。