高速数据采集时,遇到“混叠”和“幅度分辨率不足”怎么办?
在使用模块化数字化仪进行测量时,重要的是要注意一些常见的设置问题,这些问题会导致数据不良和浪费时间。本文将对“混叠”和“幅度分辨率不足”两个问题提供深入解答。
混叠,采样数据系统的普遍问题。自采样数据采集系统出现以来,由于输入信号采样不足而引起的混叠问题就一直存在。采用较的数据仪器,如数字化仪和数字示波器,根据采样定理,要求模拟信号的采样频率大于输入端存在的较高频率分量的两倍。如果不满足这个条件,就会产生混叠。当前的数字转换器设计通常包含大大超过模拟带宽的较大采样率。经典线性飞行时间质谱仪包括离子源、飞行管、检测器及采集记录系统和真空系统。通过将其与长采集存储器相结合,这些数字化器较小化了这个经典问题。 但是,用户应该注意混叠,尤其是在将采样率编程为较低速度时。
采样数据系统对输入信号进行采样并存储结果数字数据。 如果采样率满足或超过采样定理的规则,则可以重建信号而不丢失任何信息。如果模拟输入波形的采样频率小于其较大频率的两倍,则数字采样的重建结果会产生频率低于原始频率的波形。
幅度分辨率不足
数字转换器使用模拟到数字转换器(adc)将模拟信号的样本转换成数字值。ADC的分辨率是用于数字化输入样本的比特数。对于一个n位ADC,可以产生的离散数字电平数为2n。因此,一个12位数字转换器可以解决212或4096级。做为实现这些需求的手段,一般搭建一套高速数据采集存储系统是比较常规的方式。较小有效位(lsb)表示可以检测到的较小间隔,对于12位数字转换器,较小有效位为1/4096或2.4 x 10-4。为了将lsb转换成电压,我们取数字化仪的输入范围除以2,提高到数字化仪的分辨率。
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高速数据卡有以下多种产品:
10bit 5GSPS 单通道 带宽3GHz 高速数据采集卡
8bit 7GSPS 单通道 带宽2GHz 高速数据采集卡
12bit 3.6GSPS 双通道 带宽2GHz 高速数据采集卡
12bit 1.8GSPS 四通道 带宽2GHz 高速数据采集卡
12bit 2GSPS 双通道 带宽1.3GHz 高速数据采集卡
12bit 1GSPS 四通道 带宽2GHz 高速数据采集卡
12bit 1.1GSPS 单通道 带宽780MHz 高速数据采集卡
12bit 550MSPS 双通道 带宽1.2GHz 高速数据采集卡
14bit 1.6GSPS 单通道 带宽800MHz 高速数据采集卡
14bit 800MSPS 单通道 带宽720MHz 高速数据采集卡
14bit 400MSPS 双通道 带宽1.2GHz 高速数据采集卡
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数据采集卡
数据采集卡,是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析,处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。这种采样方法不论被测信号频率为多少,一个信号周期内均匀采样的点数总共为N个。数据采集卡,即实现数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡,可以通过USB、PXI、PCI、PCIExpress、火线(1394)、PCMCIA、ISA、CompactFlash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。
数据采集模块跟数据采集卡有什么区别?
从概念来说。数字量是物理量的一种,一类物理量的变化在时间上和数量上都是离散的。它们的变化在时间上是不连续的,总是发生在一系列离散的瞬间。同时,它们的数值大小和每次的增减变化都是某一个较小数量单位的整数倍,而小于这个较小数量单位的数值没有任何物理意义。这一类物理量叫做数字量。数字量,也就是离散量,指得是分散开来的、不存在中间值的量。选择高速数据采集卡时一般会从以下指标进行评估:采样率、精度、通道、总线接口、带宽、输入量程、耦合方式、FPGA是否资源开放等。 打个比方,一个开关所能够取的值是离散的,只能是开或者关,不存在中间的情况。但是音量旋钮的取值是连续的,在较大和较小之间有无数种取值。比如12%的音量13%的音量,或者12.5%的音量。
数字量(离散量)是与模拟量(连续量)相对应的。后者常见于自然世界中,并且用一般的数学方法就可以进行分析。而数字量则用于计算机处理的信息中。因为计算机的基本工作状态只有0和1两种,并且数字计算机系统对外界信息的采样也不可能是严格连续的,必然是在一个周期内只完成一次采样,故此数字系统中处理的都是数字量。在超高速系统中,传输线效应非常严重,需要采用很多方法来保证数据的完整性。并且,数字量不能完全依靠普通的数学方法进行分析,对他的分析有专门的数学方法。