Calculate Absolute Accuracy of Dynamic Signal Acquisition Devices

La précision absolue est utilisée pour définir les incertitudes globales d'une mesure. Pour un module DSA, il peut être calculé avec la formule suivante :

Précision absolue = erreur de gain + erreur d'offset + planéité

Cette formule utilise les trois principales sources d'erreur du système :

• Erreur de gain
  La mesure de l ' écart moyen du gain d ' un amplificateur et l ' idéal. Exprimée en dB ou en % d'une mesure, elle peut être vue comme l'écart m par rapport à la fonction de transfert de tension de mx+b.
• Erreur d’offset
  Une erreur constante ajoutée à une mesure sur toute la CURVE de transfert. Dans mx+b, l'erreur d'offset est b.
• Platitude
  Terminal exprimé en dB pour spécifier les limites dans lesquelles l'amplitude d'un signal varie dans une gamme de fréquences donnée. Il mesure la "réponse en fréquence" de la carte. Il est référencé à une mesure sur un signal de 1 kHz. Elle ne s'applique pas aux signaux CC. Elle ne s'applique qu'aux tons waveform.

Par exemple, la Précision absolue du NI 4461 est calculée pour l'Entrée analogique et la Sortie analogique ci-dessous. Pour l’entrée analogique, nous supposons que nous acquérons un signal sinusoïdal de 1 kHz avec une amplitude de 10 V. Pour la sortie analogique, supposons que nous générons le même signal de fréquence.

Remarque : Les valeurs utilisées dans cet article sont les spécifications typiques, pas les spécifications d'erreur maximales.  Ces valeurs doivent être raisonnables si le périphérique a été configuré correctement. Plus précisément, il est important que l’appareil ait été mis en température pendant l’heure correcte et auto-étalonné dans les 24 heures suivant la prise des mesures.  Les raisons de chacun de ces facteurs sont expliquées ci-dessous :

• Temps de préchauffage
  Le convertisseur analogique/numérique (C A/N) hautement linéaire utilisé par les périphériques NI DSA est un convertisseur de type Sigma-Delta.  Une propriété inhérente de ce type de C A/N est qu’il est très sensible aux changements de température.  En permettant à la carte d'atteindre une température stable, cette sensibilité peut être réduite.
• Auto-étalonnage
  Une fois que le périphérique NI DSA a atteint un état de température stable, un auto-étalonnage doit être effectué pour éliminer toute différence depuis le dernier étalonnage.  Ceci est important car les sources d'erreur constantes peuvent être légèrement différentes depuis le dernier étalonnage.  Les spécifications utilisées ci-dessous supposent qu'un auto-étalonnage a été effectué dans les 24 heures et ±5 °C suivant la mesure. Reportez-vous à la procédure d'étalonnage des NI 4461/4462 pour obtenir plus de précisions.

Pour trouver la précision d'amplitude du gain AI, l'offset AI et la planéité AI, reportez-vous aux spécifications NI 4461/4462.

Pour un signal sinusoïdal de 1 kHz d'amplitude 10 V, les valeurs suivantes s'appliquent :

Précision d'amplitude du gain AI = ±0,03 dB max
AI Offset (sans gain appliqué) = ±0,7 mV max
AI Planéité (sans gain appliqué) = ±0,003 dB typique

L'erreur de gain est calculée en fonction de cette précision d'amplitude de gain d'un ton d'entrée de 1 kHz.

Précision d'amplitude du gain = ±0,03 dB max
Précision d'amplitude du gain (dB) = 20 log (1 + (Erreur de gain (%)/100))
±0.03 dB = 20 log (1 + (Erreur de gain(%)/100))
Erreur de gain (%) = 0,3460
Erreur de gain(V) = Tension d'entrée x Erreur de gain(%) = 10 x 0,003460 = 34,60 mV

Où la tension d'entrée fait référence à la gamme de tension pour laquelle le périphérique est configuré.

La planéité est convertie en tension de manière identique.

Planéité = ±0,003 dB max
Planéité(dB) = 20 log (1 + (Planéité(%)/100))
±0,003 dB = 20 log (1 + (Planéité(%)/100))
Planéité(%) = 0,0345
Planéité(V) = Tension d'entrée x Planéité(%) = 10 x 0,00345 = 3,45 mV

À partir de ces deux calculs, la Précision AI totale est calculée comme suit :

Précision AI = Gain AI + Offset AI + Planéité AI
Précision de l'entrée analogique = 34,60 mV + 0,7 mV + 3,45 mV
Précision de l'entrée analogique = ±38,75 mV

La précision de la sortie analogique peut être calculée de la même manière. Voir l'exemple de calcul suivant :

Précision d'amplitude du gain AO = ±0,04 dB max
Offset de sortie analogique = ±1 mV max
Planéité AO = ±0,008 dB max

Erreur de gain (calculée avec la formule ci-dessus) = 46,16 mV
Planéité (calculée selon la formule ci-dessus) = 9,21 mV

Le calcul final de la précision de la sortie analogique est le suivant :

Précision AO = Gain AO + Offset AO + Planéité AO
Précision de sortie analogique = 46,16 mV + 1 mV + 9,21 mV
Précision de sortie analogique = ±56,37 mV

Remarque : Ces chiffres de précision peuvent sembler médiocres, mais il est important de les replacer dans le contexte de l’objectif d’un module d’acquisition de signaux dynamiques : obtenir un contenu spectral de haute précision, pas nécessairement temporel. La fréquence d'un signal peut être calculée de deux manières. La première et la plus évidente est avec une réciproque de la période. Cette méthode est appropriée pour répéter des signaux, mais ne résiste pas bien aux signaux changeants ou dynamiques. La deuxième méthode consiste à examiner la pente instantanée (montée sur course) d'un signal. Nous pouvons prendre la montée (changement d’amplitude, dV) et diviser par la course (changement de temps, dt) et calculer la fréquence instantanée. Les modules DSA ont d'excellents signaux d'horloge pour donner un dt très précis. Ce dt est également une très petite valeur en raison de la nature de suréchantillonnage de l'architecture DSA. Lorsque nous examinons une différence de tension, la précision absolue devient moins importante.

• Principes fondamentaux de l’acquisition de signaux dynamiques
• Calculer la précision absolue ou la précision du système