計算動態訊號擷取裝置的絕對準確度

絕對準確度用來定義量測的整體不確定性。DSA 模組的計算公式如下:

絕對準確度 = 增益誤差 + 偏移誤差 + 平度

此公式使用系統中的 3 個主要誤差來源:

• 增益誤差
  放大器增益與理想增益偏差的量測值。以 dB 或讀數的 % 表示,可視為 m 與 mx+b 電壓傳輸函數的誤差 m。
• 偏移誤差
  整個傳輸 CURVE 中的量測值增加了 常數誤差。在 mx+b 中,偏移誤差為 b。
• 平度
  用於指定在特定頻率範圍內訊號振幅變化的限制,以 dB 表示的術語。其可量測機板的「頻率響應」。這是指 1 kHz 訊號的量測。不適用於 DC 訊號。只適用於波形音調。

舉例來說,NI 4461 的絕對準確度可用來計算下方的類比輸入與類比輸出。就 Analog Input 而言,我們假設我們是以 10 V 振幅所進行的 1 kHz 正弦波。就類比輸出而言,假設我們產生相同的頻率訊號。

注意：本文使用的 數值為一般規格,非最大誤差規格。 若裝置設定正確,這些值應為合理值。具體而言,裝置必須在進行量測後的 24 小時內完成正確的暖機,並進行自我校準。 下方將說明每個因素的原因:

• 暖機時間
  NI DSA 裝置使用的高線性類比轉數位轉換器 (ADC),是一款 Sigma-Delta 類比轉換器。 這類 ADC 有一項固有特性,就是對溫度變化非常敏感。 只要讓介面卡達到穩定狀態溫度,即可降低此靈敏度。
• 自我校準
  NI DSA 裝置達到穩定的溫度狀態後,應執行自我校準,以排除自上次校準之後的任何差異。 這一點很重要,因為自上次校準之後的常數誤差來源可能略有不同。 下列規格假設在量測完成後的 24 小時內執行自我校準,且為 ±5°C。如需詳細資訊,請參閱 NI 4461/4462 校準程序。

如需了解 AI 增益振幅準確度、AI 偏移與 AI 平度,請參閱 NI 4461/4462 Specifications。

針對振幅為 10V 的 1 kHz 正弦波,應用下列數值:

AI 增益振幅準確度 = ±0.03 dB 最大值
AI 偏移 (無應用增益) = 最高 ±0.7 mV
AI 平度 (無應用增益) = ±0.003 dB 典型值

增益誤差會根據 1kHz 輸入音調的增益振幅準確度來計算。

增益振幅準確度 = ±0.03 dB 最大值
增益振幅準確度 (dB) = 20 log (1 + (增益誤差(%)/100))
±0.03 dB = 20 log (1 + (增益誤差 (100%)))
增益誤差(%) = 0.3460
增益誤差(V)= 輸入電壓 x 增益誤差(%)= 10 x 0.003460 = 34.60 mV

輸入電壓是裝置設定的電壓範圍。

平度會以相同的方式轉換為電壓。

平度 = 最高 ±0.003 dB
平度 (dB) = 20 log (1 + (平度 (100%)))
±0.003 dB = 20 log (1 + (平度 (100%)))
平度 (%) = 0.0345
平度 (V) = 輸入電壓 x 平度 (%) = 10 x 0.000345 = 3.45 mV

根據這兩項計算結果,總 AI 準確度的計算方式如下:

AI 準確度 = AI 增益 + AI 偏移 + AI 平度
AI 準確度 = 34.60 mV + 0.7 mV + 3.45 mV
AI 準確度 = ±38.75 mV

類比輸出準確度的計算方式相同。請參閱下列取樣計算方式:

AO 增益振幅準確度 = ±0.04 dB 最大值
AO 偏移 = ±1 mV 最大值
AO 平度 = 最高 ±0.008 dB

增益誤差 (使用上述公式計算) = 46.16 mV
平度 (使用上述公式計算) = 9.21 mV

類比輸出準確度的最終計算方式如下:

AO 準確度 = AO 增益 + AO 偏移 + AO 平度
AO 準確度 = 46.16 mV + 1 mV + 9.21 mV
AO 準確度 = ±56.37 mV

注意：這些準確度數字看似不佳,但請務必將這些準確度數字納入動態訊號採集模組的用途,也就是要取得高準確度的 頻譜內容,而非時序內容。訊號頻率的計算方式有 2 種:首先最顯而易見的就是期間的互惠。這種方式適合重複訊號,但無法承受改變或 動態 訊號。第二種方式是查看訊號的瞬間斜率 (逐步上升)。我們可以將上升 (振幅變化，dV) 除以執行 (時間變化，dt)，並計算瞬間頻率。DSA 模組具有出色的時脈訊號,可提供極為準確的 dt。由於 DSA 架構具有多倍取樣特性,因此此 dt 值也非常小。查看電壓差異時,絕對準確度的重點會變得更低。

• 動態訊號擷取基本原理
• 計算絕對準確度或系統準確度