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高速數(shù)據(jù)采集卡動態(tài)

魯科數(shù)據(jù)——專業(yè)高速數(shù)據(jù)采集板卡供應(yīng)商，我們?yōu)槟鷰硪韵滦畔ⅰ?

 科研工作者對信號的獲取與分析的需求從不停歇，而采集卡的形態(tài)、樣式也在推陳出新，新的處理手段——如多核CPU、并行GPU，F(xiàn)PGA處理能力也日新月益，推動整個數(shù)據(jù)采集行業(yè)不斷進(jìn)步。對于獲取物理界中的信號，幾十兆以上的采樣率被視為高速數(shù)據(jù)采集，5G通信、復(fù)雜電磁環(huán)境監(jiān)測、相控陣?yán)走_(dá)、超帶寬通信、高能物理、光電領(lǐng)域?qū)τ跀?shù)據(jù)采集卡的需求也集中在高頻頻段，需要更高的帶寬、更高的采樣精度、更廣的動態(tài)范圍。自采樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)出現(xiàn)以來，由于輸入信號采樣不足而引起的混疊問題就一直存在。高速數(shù)據(jù)采集卡的關(guān)鍵部件廠商不斷發(fā)布新的芯片部件，如ADI,TI的新AD/DA芯片，Xilinx, Altera的基于SOC的先進(jìn)FPGA技術(shù)，使高速數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品出現(xiàn)新的組合可能。

數(shù)據(jù)采集的基本理論

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采樣過程為了對模擬信號用數(shù)字方法處理，應(yīng)先將模擬信號數(shù)字化，即進(jìn)行模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換。模/數(shù)轉(zhuǎn)換過程，包括三個內(nèi)容：一是采樣，二是量化，三是編碼。一個模擬信號首先經(jīng)過預(yù)采樣濾波器，對信號進(jìn)行調(diào)理，然后由采樣器在每個采樣時刻讀出一個數(shù)據(jù)；再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)量化為二進(jìn)制數(shù)碼，數(shù)據(jù)之后保存到存儲器用于數(shù)字信號處理。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，它的性能直接限制系統(tǒng)的性能。要使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能滿足工作條件，首先要選對模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。因此，有必要去了解模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的發(fā)展?fàn)顩r。采樣方式常見的采樣方式可分為“實(shí)時采樣”和“等效時間采樣”兩大類。“實(shí)時采樣”是在信號存在期間對其采樣。按照采樣定理，采樣速率必須高于信號中較高頻率分量的 2 倍；對于周期性正弦信號，一個周期內(nèi)應(yīng)該至少有兩個采樣點(diǎn)。提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣率可更深入、更細(xì)微、更精準(zhǔn)地了解物理量變化特性。“實(shí)時采樣”除了通常使用的定時采樣外，還常常使用“等點(diǎn)采樣”，即“變步長采樣”。這種采樣方法不論被測信號頻率為多少，一個信號周期內(nèi)均勻采樣的點(diǎn)數(shù)總共為 N 個。

什么是數(shù)據(jù)采集卡呢？

簡單說，高速數(shù)據(jù)采集卡就是完成傳感器電壓模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并把數(shù)字信號傳輸至計(jì)算機(jī)的電路板卡。

在不同的領(lǐng)域，高速數(shù)據(jù)采集卡的界定有所不同，比如在機(jī)械振動領(lǐng)域，1MS/s采樣率可以算做高速數(shù)據(jù)采集范疇；而在雷達(dá)信號處理領(lǐng)域，1GS/s或可歸為高速數(shù)據(jù)采集范疇。一般而言，10MS/s往上的采樣率可稱做高速數(shù)據(jù)采集卡。

目前業(yè)內(nèi)板卡形態(tài)的高速數(shù)據(jù)采集卡，較高的采樣頻率，有7GS/s、8GGS/s、10GS/s或12.5GS/s等。

典型的高速數(shù)據(jù)采集卡一般由以下幾大部分組成：AFE/FEA、AD、FPGA、時鐘、DDR內(nèi)存、總線接口等要素。