动态信号采集板卡(DSA)的绝对精确度和平坦度

硬件: Modular Instruments>>Dynamic Signal Acquisition and Analysis (DSA)>>PCI-4472, CompactRIO>>Analog Input Modules>>NI 9233

问题: 我想比较E系列MIO采集卡和DSA板卡的绝对精确度。但是当我在DSA板卡的规格说明部分察看时找不到任何与绝对精确度有关的资料，我怎样才能算出这个参数呢？

解答:

与E系列MIO板卡或者数字万用表(DMM)相比较而言，DSA产品的绝对精确度并不是很高。然而这并不代表DSA板卡性能不好。无论是NI还是其它供应商的DSA板卡都不是为了那些需要高精确度(即高DC准确度)的应用而开发的。DSA的优势在于线性度，抗混叠以及动态范围。

您可以在任何DSA板卡的精确度规格说明书中找到至少两个重要的数字。

例如：NI 4472精确度规格说明书
-幅度精确度：+/-0.1 dB
-平坦度：+/-0.03 dB


幅度精确度(Amplitude Accuracy)

0.1dB的幅度精确度对应于大约+/- 1.0%。基本上，这个意味着若您提供了1kHz的AC信号，板卡能够获得的读数将在实际准确值的1%范围内。所以，若您采用了一个精确的校准仪器来产生5V的信号，我们能够保证您获得的读数大约在4.95V和5.05V之间。

您获得的实际的读数与您所使用的通道的几个参数有关，包括温度，采样率和模拟器件的公差。乍一看，也许您希望获得比1%更好的准确性。然而在多数情况下，“绝对幅度准确度”并不是决定DSA板卡性能的一个最重要的规格。我们将在下文中讨论到。.

4472板卡的一个优点是它使用了绝对线性的模数转换器。这意味着对于任何特定的通道和采样率，您的绝对测量值和真实值之间的误差为一个常数。假设您正在测量一个5.00000V的信号而您实际上读到的却是5.01V(这是很典型的)。这时，您的误差为0.2%。但是由于幅度响应为线性，您可以推断当采样率不变的时候，在该通道上采集的任何其他的信号的误差都是0.2%。所以，经过60dB衰减后为5.00000mV的1kHz的信号将会被读为5.01mV(而不是5.03mV或4.99 mV)。

若换一种说法，也即多数的幅度误差为线性增益误差， 而这种误差通常可以在测量前进行系统级的校准而得到解决。(系统级的校准同样也能够解决您的传感器的线性增益误差，这种误差通常都会比4472的0.1dB误差大)。

另外，4472的110dB的地动态范围是完全独立于振幅精确度规格的。也就是说，即使当您在测量振幅为5V的信号的时候得到了几个mV的误差，您仍然可以清晰的分辨出小于100uV的频率成分。(误差仅在uV范围)。


平坦度(Flatness)

平坦度测量了板卡的频率响应。这是对应于一个1kHz信号而得到的参考值。我们再假设一个幅度为5.00000V，频率为1kHz的信号，4472在测量的时候获得了5.01V(在0.1dB的幅度精确度之内)。平坦度指标说明了在同一个通道上采用同样采样率得到的任何其他的5.00000V AC信号，其读数都在1kHz时读到的5.01V读数的0.03dB(大约为0.3%)范围之内。尽管平坦度误差在数值上小于幅度误差，但是由于它是固有的非线性的并且因此很难通过校准去除，所以相较而言，平坦度误差影响更大。NI 4472板卡在整个模拟带宽之内的0.03dB的平坦度误差比其他多数的DSA测量板卡都好。


综上所述，我们可以知道1kHz输入信号的绝对精确的的计算方法如下：

1. 首先，找到AC幅度精确度为实际信号幅度的0.1dB(约为1%)*。
2. 其次，您可以额外加上0.1dB(约为1%)作为平坦度误差(4472的平坦度误差为0.03 dB)。
3. 然后您可以加上3mV作为DC偏移误差。
4. 最后，您可以加上2bits (0.08mV) 作为非线性误差(INL)。

让我们假设我们测量的信号是振幅为10V，频率为5kHz的正弦信号。

若采用4472进行采集，我们可以将平坦度误差和AC振幅精确度相加得到总数约为10V的2%。然后我们加上3mV的DC偏移误差和0.08mV的非线性误差。最后得到的总的精确度约为204 mV，当与16位MIO进行比较的时候显然不会都那么大。

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报告日期: 11/11/2002
最近更新: 02/18/2008
文档编号: 2RAH3IX4