高速数据采集卡选型时的一些关键判别要素
数据采集卡选型.
基于虚拟仪器技术的柴油发动机测控系统2007-03-09 19:03:27 作者:吴伟斌洪添胜来源:互联网摘要:介绍了采用NI公司的DAQ卡、SCXI信号调理模块及PC机构成的一个基于虚拟仪器技术的柴油发动机制测控系统。
它通过LabVIEW的编程,使用户界面直观地显示在显示器上,方便了调试。
该系统已应用在柴油发动机燃用柴油和十六种植物油的稳态性能测试试验上,运行情况良好,且各测量参数的误差与发送机试验图家标准对比,都满足了要求。
关键词:虚拟仪器数据采集卡信号调理模块测功器LabVIEW 发动机测试仪器经历了模拟仪器、数字化仪器和智能仪器三个阶段。
模拟仪器的基本结构是由磁机械式的,采用模拟器件组成各种电路,精度低、速度慢、适应性差;而数字化仪器如数字转速表等,主要由数字电路来实现,在测试精度、速度和仪器寿命等方面都比模拟仪器有较大的提高。
随着数字信号处理技术及大规模集成电路的发展,出现了以微机为核心的智能仪器,但由于其是以功能模拟的形式存在的,无论开发还是应用,都缺乏灵活性。
20世纪80年代后期,微机性能是得到极大提高,而向测试分析的通用软件开发平台的成功应用,使得虚拟仪器应运而生。
利用虚拟仪器技术,用户可以自定认义仪器的功能,创建32位编译程序,从而提高了常规数据采集和测试等任务的运行速度。
W40型电涡流测功器是华南农业大学从德国进口的测功设备。
该测试设备的数字化水平较低,控制台均采用机械式按钮,且经过近二十年的连续运转,设备已严重老化,出现明显的零点漂移,部分测试电路板已出现故障,经多次修理仍不正常,严重影响了测试工作的正常进行。
为此,在确保数据采集的精度和实时性、改善数据处理功能、提高易操作性和整个测试设备数字化水平的原理下,充分利用虚拟仪器的优势,对原有设备进行了更新和扩充,形成了一个测控系统。
1 系统硬件设计1.1 系统硬件组成测试系统的硬件组成主要包括NI公司的PCI-6024E 型DAQ卡和SCXI信号调理模块。
研华高速采集卡MIC3714在电信行业动态信号测试及其高速采集与传输技术的研究应用
系统需求动态信号测试系统测试的往往是一些快速瞬态变化的参量，必须进行高速采集。
评价一个数据采集的主要技术指标有：系统通过速率、系统精度、系统分辨率、系统线性误差、系统共模抑制比、系统通道串扰抑制比以及系统短期稳定度等。
此外，还有一些重要指标：系统控制方式、系统总数据量、系统可靠性、系统功耗以及系统自动增益调节方式等。
对于动态信号采集系统而言，在诸多技术指标中，最为重要的是系统的分辨率、精度与通过率。
其中，系统通过率是高速数据采集系统区别于一般采集系统的最为关键的一项技术指标。
1）系统分辨率：系统分辨率是指数据采集系统可以分辨的输入信号最小变化量，通常用最低有效位值（LSB ）、系统满度信号的百分数（FSR %）或系统可分辨的实际电压数值等来表示，有时案例名称：动态信号测试及其高速采集与传输技术的研究行业分类：远程监控与测试地点：也习惯用满度信号可以分辨的级数来表示。
对于动态信号采集，如选用MIC －3714采集卡，其ADC 的位数为12bit ，采集系统的分辨率见下表所示。
2)系统精度：系统精度是指系统工作于额定通过速率下，每个离散采样样本的转换精度，是系统实际输出值与理论输出值之差，它是系统各种误差的总和，通常表示位满度值的百分数，模数转换器的精度是一个系统精度的极限值。
对于一个12bit 分辨率的系统，采用12bit 的ADC 时，数据采集系统中的MUX 以及SHA 的精度均应明显优于选用的ADC 器件的精度时，系统的精度才能得到保证。
3）系统通过速率：系统通过速率通常有称为系统速度、传输速率、采集速率以及数据吞吐率等，是指系统每个通道每秒钟可稳定采集、处理的样本数。
对于一个包括模拟量输入、模拟量输出的采集系统，通过速率则指系统每个通道可采集、处理与输出的样本数。
时间域上，与通过速率相对应的技术指标是通过周期，它是通过速率的倒数。
通过周期又常称为系统响应时间，或系统采集周期，它表征了系统从样本输入到输出所需的时间，即系统每采集一个有效数据所占用的时间。
高速adc采集电路设计
高速adc采集电路设计高速ADC（模数转换器）采集电路的设计涉及到多个关键组件和参数，这些都需要仔细考虑和优化以确保性能。
以下是一个简化的高速ADC采集电路设计流程：1.选择ADC类型:根据需要，选择适合的高速ADC，例如并行ADC、逐次逼近寄存器（SAR）ADC、流水线ADC等。
每种类型都有其特性和应用场景。
2.确定规格:确定ADC的规格，包括分辨率（位数）、转换速率、输入范围、功耗等。
这些参数将影响电路设计。
3.设计参考电压和基准电路:ADC需要一个稳定的参考电压。
设计一个低噪声、低失真、低抖动的参考电压和基准电路。
4.输入电路设计:根据ADC的输入要求，设计适当的输入电路。
这可能包括缓冲器、去耦电容、抗混叠滤波器等。
5.时钟分配:为ADC提供稳定的时钟信号，并确保时钟网络的分布是低噪声和低抖动的。
6.电源和地平面:设计适当的电源和地平面，以确保ADC的稳定运行和低噪声性能。
7.数字接口:如果ADC有数字输出，设计适当的数字接口。
这可能包括数据总线、地址总线、控制总线等。
8.噪声和电磁兼容性(EMC)考虑:在高速ADC中，噪声和EMC问题可能更为突出。
进行电磁仿真，并采取措施减少辐射和传导干扰。
9.版图和布局考虑:在绘制版图和布局时，考虑信号路径、电源和地平面、去耦电容的最佳放置等。
10.测试和验证:在实际制造之前，使用仿真工具验证设计的正确性。
制造样品进行测试，以确保满足规格和性能要求。
11.优化和迭代:根据测试结果，对设计进行必要的调整和优化。
这可能包括更改元件值、优化布局、改进去耦策略等。
12.文档和归档:整理所有设计文档，以便于未来的维护和修改。
请注意，高速ADC采集电路设计是一个复杂的过程，需要深入的电子工程知识以及对模拟和数字电路设计的理解。
建议在进行此类设计时咨询或雇佣有经验的电子工程师或专家。
200M高速数据采集卡
1功能简介本采集板卡基于8通道PCI Express接口的,最快的12bit高速数据采集卡。
其数据吞吐量快达1 GB/s (1000 MB/s)，2个同步输入上的采样率为200 MS/s，是许多应用的理想解决方案，包括OCT、雷达、超声波、光谱测定和射频信号记录。
200 MS/s的每通道实时采样率基于PCIe x8总线的1.4 GB/s的数据流量）2通道12位分辨率采样从500 MHz 到1 MHz的外部时钟高达250 MHz的全功率带宽+/- 40 mV至+/- 4 V输入范围60.3 dB信噪比NIST可追踪校准连续流模式存储高达2千兆采样率的双端口存储器触发输入和触发输出连接器半长PCIe x8卡AlazarDSO软件允许快速启动用于 C/C++、C#、VB和LabVIEW的软件开发工具包（SDK）可提供Linux驱动程序本采集板卡集成了8路高速数据采集、2片大规模FPGA、1GB缓存以及USB、VGA、UART等通用接口，可实现对8路信号直接射频采集、存储、预处理或传输。
其主要特点包括：射频/中频输入本板卡具有8路相同且独立的模拟信号输入通道，由SMA接口输入的射频或者中频信号经过信号调理电路注入ADC并转换为数字序列。
输入信号的带宽最大2000MHz。
ADC本板卡兼容两种型号ADC，分别为：ADS5474：分辨力14bit，最高采样率500MSPS；ADS5463：分辨力12bit，最高采样率400MSPS。
ADC采集的高速数据经后级FPGA进行数字处理。
Virtex5 FPGA该板卡包含两片Xilinx Virtex5 FPGA，根据焊装的具体型号不同，单片容量由400万门至1600万门不等。
两片FPGA前后级联，前级FPGA（XC5VSX50T）连接8路高速ADC，适合进行数据处理，外挂1G的DDR2 SDRAM存储器以扩展其存储能力。
后级FPGA（XC5VLX30T）用于外部接口控制。
选择16位或12位数据采集(DAQ)卡的诸多考虑
选择16位或12位数据采集(DAQ)卡的诸多考虑
佚名
【期刊名称】《国外电子测量技术》
【年(卷),期】2002(21)5
【摘要】在选择一块多功能数据采集卡时,您可以简单地根据自己所需要的模拟输入和输出通道数以及数字信号数做决定.模拟输入通道的精度也应该很容易就能决定.
【总页数】2页(P43-44)
【关键词】16位;12位;DAQ;数据采集卡
【正文语种】中文
【中图分类】TP334.7;TP274.2
【相关文献】
1.基于DAQ数据采集卡的虚拟仪器通用硬件平台设计 [J], 张兢;卢凤兰;余成波
2.基于DAQ卡的液压成形数据采集系统设计 [J], 刘建军;高振莉;连香姣;窦蕴平
3.多功能数据采集卡DAQ-2213 [J],
bVIEW下基于普通数据采集卡的DAQ系统的实现 [J], 吴艮霞;李国阳;韦巍
5.凌华科技推出DAQ—MTLB for MATLAB 数据采集工具箱全系列凌华数据采集卡均适用加速MATLAB环境应用开发进程 [J],
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数据采集卡性能指标与应用
高低取决于位数的多少。
２．３ Ｄ ／Ａ 模数转换部分
１） 分 辨 率 ： 当 输 入 数 字 发 生 单 位 数 码 变 化 ， 即 １ＬＳＢ 时 ， 所
对应输出模拟量的变化量， 通常也是用 Ｄ ／Ａ 转换位数 ｎ 表示。
２） 标称满量程： 指相当于数字量标称值 ２ｎ 的模拟输出量。
３） 响应时间： 指数字量变化后， 输出模拟量稳定到相应数值
数据采集卡是虚拟仪器进行测试必不可少的核心硬件设 备， 它将输入进来的标准模拟信号经过一系列的信号调理， 数据 转换输入到虚拟仪器的采集系统。 １ 数据采集卡的结构原理
一般来说， 数据采集卡作为虚拟仪器的核心硬件设备， 其主 要功能有三： 其一是由衰减器和增益可控放大器进行量程自动 变 换 ； 其 二 是 由 多 路 转 换 器 （ ＭＵＸ） 完 成 对 多 点 多 通 道 信 号 的 分 时采样； 其三是将信号的采样值由 Ａ／Ｄ 转换器转换为幅值离散 化的数字量， 或由 Ｖ／Ｆ 转换器转换为脉冲频率， 以适应计算机工 作， 或者由 Ｄ ／Ａ 转换器输出控制信号。
１１
换器的分辨率得到最大的利用。
５） 模拟输入阻抗是数据采集卡固有参数， 一般不能自行设定。
２．２ Ａ／Ｄ 转换和采样 ／保持部分
（１） 采样速率
它是指在单位时间内数据采集卡对模拟信号的采集次数， 是
数据采集卡的重要技术指标。为了使采样后输出的离散时间序列
信号能无失真地复现原输入信号， 由采样定理可知采样频率 ｆｓ 至 少应为输入信号最高有效频率 ｆｍａｘ 的 ２ 倍， 否则会出现频率混淆 误差。实际系统为了保证数据采样精度， 一般有下列关系：
数据采集卡的基本结构框图如图 １ 所示。与数据采集系统 相对应， 数据采集卡本身将模拟输入通道、信号调理电路、采样 ／ 保持、Ａ ／Ｄ 转换以及控制逻辑单元的时钟、总线接口和控制器集 为一体， 从而实现了一个完整测量系统的硬件电路。下面分别介 绍这些组成单元的原理和作用。
基于ARM和FPGA的高速数据采集卡的设计与实现
基于ARM和FPGA的高速数据采集卡的设计与实现高速数据采集卡是一种用于实时采集高速数据的硬件设备，它可以将模拟信号转换为数字信号，并通过接口传输到计算机或其他设备进行处理。
在许多领域中，如仪器仪表、医学影像、通信等，高速数据采集卡被广泛应用。
在设计高速数据采集卡时，我们首先需要选择适合的处理器。
ARM处理器因其低功耗和高性能而成为了许多嵌入式系统的首选。
其架构简单、易于开发和应用，因此非常适合用于高速数据采集卡的设计。
同时，ARM处理器也提供了丰富的外设接口，可以方便地与其他模块进行通信和数据传输。
在数据采集过程中，我们需要将模拟信号转换为数字信号。
为此，我们可以使用FPGA芯片来实现高速的模数转换功能。
FPGA芯片具有高度可编程性和并行计算能力，可以根据需要进行灵活的配置和优化。
通过将FPGA芯片与ARM处理器进行连接，我们可以实现高速数据采集和实时处理的功能。
在实际设计中，我们可以使用一块FPGA开发板作为硬件平台。
这种开发板通常具有丰富的外设接口，并且可以方便地进行扩展和调试。
我们可以在开发板上搭建一个数据采集系统，包括模拟输入接口、ADC模块、FPGA芯片和ARM处理器。
通过适当的接口设计和数据传输协议，我们可以实现高速数据的采集和传输。
在软件开发方面，我们可以使用嵌入式操作系统来管理和控制系统。
由于ARM处理器具有丰富的外设接口和强大的计算能力，我们可以在嵌入式操作系统上开发相应的驱动程序和应用程序。
通过这些软件的配合，我们可以实现数据的采集、处理和存储等功能。
综上所述，基于ARM和FPGA的高速数据采集卡的设计与实现是一个复杂而有挑战性的任务。
通过合理的硬件设计和软件开发，我们可以实现高速数据的采集和实时处理，并且可以广泛应用于许多领域中。
随着科技的不断进步，高速数据采集卡将会发挥越来越重要的作用。
PCI8002A同步高速数据采集卡硬件操作说明书(doc 32页)(正式版)
PCI8002A 同步高速数据采集卡硬件使用说明书阿尔泰科技发展有限公司产品研发部修订阿尔泰科技发展有限公司目录1PCI8002A 同步高速数据采集卡硬件使用说明书版本：6.1112阿尔泰科技发展有限公司第一章功能概述信息社会的发展，在很大程度上取决于信息与信号处理技术的先进性。
数字信号处理技术的出现改变了信息与信号处理技术的整个面貌，而数据采集作为数字信号处理的必不可少的前期工作在整个数字系统中起到关键性、乃至决定性的作用，其应用已经深入到信号处理的各个领域中。
实时信号处理、数字图像处理等领域对高速度、高精度数据采集卡的需求越来越大。
ISA 总线由于其传输速度的限制而逐渐被淘汰。
我公司推出的基于PCI 总线、USB 总线等数据采集卡综合了国内外众多同类产品的优点，以其使用的便捷、稳定的性能、极高的性价比，获得多家客户的一致好评，是一系列真正具有可比性的产品，也是您理想的选择。
第一节、产品应用本卡是一种基于PCI 总线的数据采集卡，可直接插在IBM-PC/AT 或与之兼容的计算机内的任一PCI 插槽中，构成实验室、产品质量检测中心等各种领域的数据采集、波形分析和处理系统，也可构成工业生产过程监控系统。
它的主要应用场合为：◆电子产品质量检测◆信号采集◆过程控制◆伺服控制第二节、总线及制作工艺特点◆32 位PCI 总线，支持PCI2.2 协议，真正实现即插即用◆支持5V PCI 总线（总线上的+5V 和+12V 均被使用）◆FPGA 接口芯片设计，具有极高的保密性，特别适合OEM 合作第三节、AD模拟量输入功能◆转换器类型：AD9224◆输入量程：±5V、±2.5V、±1V、±0.5V◆转换精度：12 位(Bit)◆采样速率(同步采样)最高采样速率为40MHz(25 纳秒/点)最低采样速率为400KHz(约 2.5 微秒/点)分频公式：采样频率= 主频/ 分频数，其中主频= 80MHz，32 位分频，分频数的取值范围：最低为2，最高为200◆物理通道数：4 通道(各通道完全独立同步采样)◆模拟量输入方式：单端模拟输入◆模拟输入阻抗：>10MΩ◆模拟输入共模电压范围：<±2V◆通道切换方式：4 通道同时转换◆数据读取方式：软件读取方式、DMA 方式（此方式速度最高）◆存诸器深度：每通道512K 字（点）RAM 存储器◆时钟源选项：板内时钟和板外时钟软件可选◆触发模式：软件内部触发和硬件外部触发◆触发类型：边沿触发触发◆触发方向：负向触发、正向触发、负正向触发◆触发电平：共4096 级软件可调，可调范围为±10V1PCI8002A 同步高速数据采集卡硬件使用说明书版本：6.111◆触发灵敏度：软件可选范围为1～65535（819uS）◆模拟量触发源：AI0、AI1、AI2、AI3、ATR、DTR (软件可选)◆系统测量精度：0.1%◆工作温度范围：-40 ～+85℃◆存储温度范围：-40 ～+120℃第四节、DI数字量输入功能◆通道数：8 路◆电气标准：TTL- CMOS 兼容◆最大吸收电流：小于0.5mA(毫安)◆高电平的最低电压：2V◆低电平的最高电压：0.8V第五节、DO数字量输出功能◆通道数：8 路◆电气标准：CMOS 兼容◆最大下拉电流：20mA◆最大上拉电流：2.6mA(毫安)◆高电平的最低电压：3.4V◆低电平的最高电压：0.5V第六节、其他指标◆板载时钟振荡器：80MHz第七节产品安装核对表打开PCI8002A 板卡包装后，你将会发现如下物品：1、PCI8002A 板卡一个2、ART 软件光盘一张，该光盘包括如下内容：a) 本公司所有产品驱动程序，用户可在PCI 目录下找到PCI8002A 驱动程序；b) 用户手册（pdf 格式电子文档）；第八节安装指导一、软件安装指导在不同操作系统下安装PCI8002A板卡的方法一致，在本公司提供的光盘中含有安装程序Setup.exe，用户双击此安装程序按界面提示即可完成安装。
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高速数据采集卡选型时的一些关键判别要素
高速数据采集卡的选型过程中，采样率、带
宽、分辨率、时钟精度、触发精度等为最基本的
考虑因素，除了这些因素以外，还要考虑高速数
据采集卡的板卡接口、采集模式、特殊固件功能、定制开发选项等关键判别要
素。本文将参照北京坤驰科技有限公司的多通道，2GS/s高速高速数据采集卡，
对以上关键判别要素在高速数据采集卡选型过程中起到的特殊作用进行简单的
介绍。
1， 针对不同的交流或直流信号，要选取高速数据采集卡不同的模拟
前端，AC耦合orDC耦合？
AC耦合：
本处的AC模拟前端集成了过压
保护和DC-offset软件程控功能。
当频率高于300MHz（近似界限）
时，利用AC耦合模拟前端会得
到更好的线性效果。AC耦合模拟
前端也有最好的噪声性能，需要
注意的一点是，当信号频率低于30MHz时，不建议使用AC耦合模拟前端选
项。
DC耦合：
本处的DC耦合模拟前端集成了过
压保护和DC-offset软件程控功
能，还有一个噪声抑制抗混叠滤
波器。在脉冲信号系统中，利用高电压探测器驱动输入的超压保护功能是
极为关键的，降低了意外放电等对高速数据采集卡造成的损坏。DC耦合模
拟前端建议使用在线性度低于300MHz（近似界限）处。
可变增益选项：
例如高速数据采集卡ADQ14DC
版本，可配置为软件控制可变
增益，图中的DC-offset是依
据输入信号实时调整变化的。
2， 充分利用高速数据采集卡的不同采集模式，能够实现对高速数据
采集卡软硬件资源的充分利用，达到想要的采集效果。
例如，触发的数据流模式（triggered streaming）适合最大化的利用
数据传输到主机的速度，多段记录模式（multi record mode）适合大量数
据的实时采集，如下图。
3，对于某些特定的应用，往往需要高速数据采集卡本身具备数字平均、波
形检测等固件选项，这些功能往往可以达到采集效果好、用户使用方便的效
果。
a,数据采集固件
该固件支持上面提到的多个采集模式，外部、内部、软件、电平触发以及
内部、外部时钟参考（ADX在交织模块内）。
b,时域设置固件
这个固件用于同步重复事件的
时域分析，对噪声应用了高级
非线性辨别阈值算法，同时具
备对重复时间的实时累计的波
形平均功能，提升了信号的SNR。
波形平均功能可实现最多1M采
样点的应用计算。DBS算法模块
用于获得稳定的时间基线。
c,脉冲数据采集固件
这个固件非常适合采集随机事
件，每通道设置独立的触发，
触发电压为用户定义值或自适
应的滤波数据。记录长度是依
据随机事件长度动态变化的。
零点抑制的数据压缩方法节省
硬盘空间。
FIFO模式下，在数据传到主机
前，DRAM的2 Gbyte空间用为
采集事件的板上buffer。
d,软件无线电固件
本固件应用了软件无线电功能，包括数字下变频（DDC）和抽取模块，数据
抽取后适于以数据流的模式传到主机。
4,特征增强功能
a,通过FPGA 开发包开发实时定制信号处理固件
通过利用FPGA 开发包，用户可以开发一些特
殊的定制信号处理固件，以适应更为特殊的应
用场景。
b,利用GPIO连接外部设备
通用目的数字输入和输出（GPIO）选项可提供
双向数字信号,接口每针的方向都可以独立设
置，信号电平为3.3V CMOS或LVDS.信号通过
API的读和写命令存取对应的寄存器。针的方
向也由软件设置。启动时，所有针都为默认值。
利用开发包，GPIO也可以存取到FPGA与数据流实时交互。
可变增益选项，-VG,也包括-GPIO选项。另外，一个定制的GPIO扩展
卡也可以通过该端口与高速数据采集卡互联。
5,数据接口选项
a, 独立运行选项：USB3.0接口
超快速的USB3.0接口致力于独立式的运行模
式，使得高速数据采集卡与检测器而非主机物
理的集成在一起，这使得检测器与高速数据采
集卡之间的线缆可以更短，保证了信号质量。
集成了USB3.0接口的高速数据采集卡，可以
非常容易与任何计算机连接。持续的数据率可
达200 MBytes/s，结合板上信号处理功能，是可选的高效解决方案。
b,模块化选项：cPCIe / PXIe
cPCIe / PXIe的接口可集成到模块化工具或大
规模采集系统的机箱内，使用多部件同步功能，
可搭建多通道系统。
使用点对点的数据流技术，最高可以3.2
GBytes/s的速率将数据传输到硬盘或者外加
FPGA卡（ADQDSP）.在一个PXIe机箱内，背板的参考时钟可用于高速数据
采集卡的参考时钟。
c,系统集成选项：PCIe接口
PCIe的接口适合与主机（PC）结合，高速的
PCIe接口可实现最高3.2 GBytes/s.的数据传输率，
当需要高速数据采集卡和大型计算结合时，如PC
需要装载GPU和高速数据采集卡时，PCIe接口集
成方案是最为理想的选择。板卡的半长尺寸也有利于紧凑型解决方案的实现。
d,大规模集成选项：Micro-TCA.4
Micro-TCA.4的接口可集成到模块化工具或大规
模采集系统的机箱内，Micro-TCA.4卡装配有GPIO
选项，是多通道采集解决方案的合适选择。
总结：
希望以上举例和阐述，能够在您高速数据采集卡选型时提供适当的参考
信息。