前言

　　對于一個數據采集系統而言，測量精度是評估其性能的一個重要參數，也是科學家們不斷努力希望提高的一個指標。在實際應用中，很多工程師都會面臨測量精度的各種問題：它與模數轉換器的分辨率有什么區(qū)別？哪些因素會產生系統的測量噪聲？對于工程師而言，又有哪些實用的技巧可以幫助提高這個指標？這些都是值得深究的問題。

　　在本文中，將針對測量精度最常見的五個問題予以詳細的說明與解答。

　　迷思一：分辨率=測量精度嗎

　　市面上12位分辨率的數據采集卡的精度都是一樣的嗎？這個問題困擾了不知多少工程師，而其實質就是分辨率與精度的概念區(qū)別。

　　分辨率通常指的是最大的信號經采樣后可以被分成的最小部分，例如帶12位模數轉換器（ADC）的數采卡，當輸入電壓范圍為±10V（即Vpp=20V），那么它所能分辨到的最小電壓就是20V/（212）=4.88mV。

　　相對而言，精度的概念是指測量值與“真實”值之間的最大偏差的絕對值。如圖1所示，信號在整個數據采集系統中會受到參考量隨時間、溫度的飄移誤差、隨機誤差、非線性誤差、增益誤差等影響，這些影響綜合之后對測量結果所產生的影響就是我們所說的測量精度。

　　圖1 誤差的來源

　　因此，對于工程師而言，除了AD轉換器的位數，更重要的是需要了解自己所購買的數據采集板卡的絕對精度指標，有時一塊16位的數據采集卡的精度可能還不如一塊設計良好的12位數據采集卡的精度。圖2所示的NI 628X系列技術參數表中就詳細列出了像增益誤差、偏移誤差、不確定噪聲等各種誤差值以及綜合之后的絕對精度值，提供給客戶以完整的信息，確保最終測量的準確性。

　　圖2 NI 628x數據采集板卡的絕對精度表

　　迷思二：別讓信號輸在起跑線上

　　很多工程師會選用最高性能的數據采集卡，但是對于線纜和接線端子，則并不予以重視，而使用相對較低成本的產品。這種做法本身就是錯誤的，因為如果線纜和接線端子的質量不佳，那么在信號進入數據采集卡之前就已經受到了很大的噪聲干擾，真正地讓信號輸在了“起跑線”上，即使后端的采集精度再高也已經于事無補。而為了防止這種情況的發(fā)生，使用帶屏蔽功能的線纜與接線端子是有效的方法。

　　以前使用的線纜和接線端子都是沒有經過專門屏蔽設計的（圖3上面部分），如今很多數據采集廠商（例如NI）都推出了帶屏蔽的線纜與接線端子，此外雙絞線的設計還可以有效避免通道間的互相干涉，從圖中線纜的切面圖中也可以看到（圖3右下），線纜為模擬信號線專門設置了3層的屏蔽。

　　圖3 線纜與接線端子

　　此外，換一種思路，如果整個系統根本就沒有線纜的話，那么豈不是可從根本上解決物理噪聲引入的問題了？可喜的是，隨著無線技術的不斷發(fā)展，這個最初的設想已經成為了現實。一些基于Wi-Fi或者ZigBee等無線協議的數據采集產品已經問世，從而幫助工程師們擺脫線纜的困擾，通過無線的協議加密技術，可以大大降低信號的引入噪聲。