计算动态信号采集设备的绝对精度

绝对精度用于定义测量的总体不确定性。DSA模块可通过下列公式计算：

绝对精度 = 增益误差 + 偏移误差 + 平坦度

该公式使用系统中的三个主要误差源：

• 增益误差
  衡量放大器增益与理想值的偏离程度。以读数的dB或%表示，可视为mx+b的电压传递函数的偏差m。
• 偏移误差
  整个传输曲线上的某个测量值增加的常量误差。在mx+b中，偏移误差为b。
• 平坦度
  指定信号幅值在给定频率范围内变化的界限，以dB为单位。它测量板卡的“频率响应”。它以1 kHz信号的测量为参考。不适用于直流信号。仅适用于波形单频。

例如，NI 4461的绝对精度用于计算下列模拟输入和模拟输出。对于模拟输入，我们假定采集的是幅值为10 V的1 kHz正弦波。对于模拟输出，假定我们生成相同的频率信号。

注意：本文使用的值是典型规范，而不是最大误差规范。 如设备设置正确，这些值应是合理的。具体来说，设备必须预热正确的时间，并在进行测量后24小时内进行自校准。 每个因素的原因解释如下：

• 预热时间
  NI DSA设备使用的高度线性模数转换器(ADC)是Sigma-Delta类型转换器。 这种ADC的一个固有属性是对温度变化非常敏感。 允许卡达到稳态温度可降低该灵敏度。
• 自校准
  一旦NI DSA设备进入稳定温度状态，应执行自校准以消除自上次校准以来的任何差异。 这一点很重要，因为自上次校准以来，恒定误差源可能略有不同。 下列规范假定自校准在测量后24小时内进行，±5°C。如需更多信息，见NI 4461/4462校准过程。

关于AI增益幅值精度的详细信息，请参考NI 4461/4462产品规范。

对于幅值为10V的1 kHz正弦波，适用下列值：

AI增益幅值精度 = ±0.03 dB，最大值
AI偏移量（未应用增益） = ±0.7 mV，最大值
AI平坦度（未应用增益） = ±0.003 dB，常规值

增益误差基于1kHz输入单频的增益幅值精度计算。

增益幅值精度 = ±0.03 dB，最大值
增益幅值精度(dB) = 20 log (1 + (增益误差(%)/100))
±0.03 dB = 20 log (1 + (增益误差(%)/100))
增益误差(%) = 0.3460
增益误差(V) = 输入电压 x 增益误差(%) = 10 x 0.003460 = 34.60 mV

输入电压是设备配置的电压范围。

平坦度以相同方式转换为电压。

平坦度 = ±0.003 dB，最大值
平坦度(dB) = 20 log (1 + (平坦度(%)/100))
±0.003 dB = 20 log (1 +（平坦度(%)/100）)
平坦度(%) = 0.0345
平坦度(V) = 输入电压 x 平坦度(%) = 10 x 0.000345 = 3.45 mV

通过这两个计算，总AI精度计算如下：

AI精度 = AI增益 + AI偏移量 + AI平坦度
AI精度 = 34.60 mV + 0.7 mV + 3.45 mV
AI精度 = ±38.75 mV

模拟输出精度的计算方式相同。见下列计算范例：

AO增益幅值精度 = ±0.04 dB，最大值
AO偏移量 = ±1 mV，最大值
AO平坦度 = ±0.008 dB，最大值

增益误差（通过上述公式计算） = 46.16 mV
平坦度（通过上述公式计算） = 9.21 mV

模拟输出精度的最终计算如下：

AO精度 = AO增益 + AO偏移量 + AO平坦度
AO精度 = 46.16 mV + 1 mV + 9.21 mV
AO精度 = ±56.37 mV

注：这些精度数字看起来可能较差，但将它们放在动态信号采集模块的上下文中非常重要：获取高精度频谱内容，不一定是时间内容。信号的频率可通过两种方式计算。第一个也是最明显的是周期的倒数。该方法适用于重复信号，但不适用于变化或动态信号。第二种方法是查看信号的瞬时斜率（上升过冲）。我们可以将上升（幅值变化，dV）除以运行（时间变化，dt）并计算瞬时频率。DSA模块具有出色的时钟信号，可提供非常精确的dt。由于DSA架构的过采样特性，该dt值也非常小。查看电压差时，绝对精度变得不那么重要。

• 动态信号采集基础
• 计算绝对精度或系统精度