数据采集卡的指标

为了更好地理解模拟输入，需要了解信号数字化过程中分辨率、范围、增益等参数对采集信号质量的影响。

1.分辨率

分辨率（resolution）就是用来进行模数转换的位数，A/D的位数越多，分辨率就越高，可区分的最小电压就越小。分辨率要足够高，数字化信号才能有足够的电压分辨能力，才能较好地恢复原始信号。目前分辨率为8位的采集卡属于较低档的，12位属中档，16位的卡就比较高档了。它们可以分别将模拟电压量化为256、4 096、65 536份。

2.电压范围

电压范围（range）由A/D能数字化的模拟信号的最高和最低的电压决定。一般情况下，采集卡的电压范围是可调的，所以可选择和信号电压变化范围相匹配的电压范围，以充分利用分辨率范围，得到更高的精度。例如，对于一个3位的A/D，在选择0～10 V范围时，它将10 V 8等分；如果选择范围为－10～＋10 V，同一个A/D就将20 V分为8等分，能分辨的最小电压就从1.25 V上升到2.50 V，这样信号复原的效果就更差了。

3.增益

增益（gain）主要用于在信号数字化之前对衰减的信号进行放大。使用增益可以等效地降低A/D的输入范围，使它能尽量将信号分为更多的等分，基本达到满量程，这样可以更好地复原信号。因为对同样的电压输入范围，大信号的量化误差小，而小信号时量化误差大。当输入信号不接近满量程时，量化误差会相对加大，如输入只为满量程的1/10时量化误差相应扩大10倍。一般使用时，要通过选择合适的增益，使得输入信号动态范围与A/D的电压范围相适应。当信号的最大电压加上增益后超过了板卡的最大电压，超出部分将被截断而读出错误的数据。

对于NI公司的采集卡选择增益是在LabVIEW中通过设置信号输入限制（input limits）来实现的，LabVIEW会根据选择的输入限制和输入电压范围的大小来自动选择增益的大小。

一个采集卡的分辨率、范围和增益决定了可分辨的最小电压，它表示为1 LSB。例如，某采集卡的分辨率为12位，范围取0～10 V，增益取100，则有1 LSB＝10 V/（100×4 096）≈24μV。这样，在数字化过程中，最小能分辨的电压就为24μV。

选择合适的增益和输入范围要与实际被测信号相匹配。如果输入信号的改变量比采集卡的精度低，就可以将信号放大，提高增益。选择一个大的输入范围或降低增益可以测量大范围的信号，但这是以精度的降低为代价的。选择一个小的输入范围或提高增益可以提高精度，但这可能会使信号超出A/D允许的电压范围。