【正文】 he device timing.Digitizers generally have pipelines of input and output samples. For example, the A/D converter usually delivers a digitized data value while it converts the next value. Data values may be temporarily buffered in internal registers while being transferred. This usually leads to a delay of three to five samples in a pipeline.To see the effect of this pipeline, suppose that at a stimulus value appears on one of the digitizer outputs. Simultaneously an analog input is sampled. Even if the system being measured has no delay, several sample times will pass before the analog input value resulting from the stimulus passes through the pipeline. When measuring the response of a system to a stimulus, this delay must be taken into account. Depending on the digitizer design, this delay may be a function of the number of channels being sampled or stimulated.Analog input sampling and analog output update may not be simultaneous. The designer of a digitizer usually tries to minimize analog input measurement noise. When analog outputs are updated, the transition may cause electrical disturbances that appear as noise on the analog inputs. Capacitive coupling from the outputs to the input can appear as noise on the inputs. Noise can also be a result of coupling through the power supply or ground.A simple technique to minimize this noise is to choose the phase relationship of sampling and update to allow as much time to pass following an update before the next sample. For example, if the sampling interval is T, the analog inputs might be sampled at time 0 and the analog outputs might be updated at time T/2.If you are interested in measuring the response of a system to a stimulus precisely, you will have to obtain information from the vendor regarding the synchronization of stimulation and response.附錄B 英文文獻(xiàn)譯文數(shù)據(jù)采集??：簡介Bruxton公司這是一個(gè)非正式引入數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集硬件。它主要是針對(duì)用于記錄與收購計(jì)劃協(xié)助在選擇適當(dāng)?shù)挠布?。概觀原則上， / D轉(zhuǎn)換器提供了一個(gè)序列值代表一個(gè)模擬信號(hào)的取樣。在實(shí)踐中，選擇和正確使用數(shù)據(jù)采集硬件更為復(fù)雜。本文提供了一個(gè)非正式的介紹。許多例子都取自膜片鉗記錄。這種技術(shù)需要準(zhǔn)確地采集低電平信號(hào)（皮安），音頻范圍內(nèi)的帶寬（高達(dá)10kHz）。背景一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字值序列來自從傳感器的。該傳感器連接到一個(gè)放大器，該放大器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)潛在的。該放大器是依次連接到數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中包含一個(gè)A / D轉(zhuǎn)換器使用數(shù)字轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的序列的值，表示信號(hào)。信號(hào)源大多數(shù)被數(shù)字化的信號(hào)源傳感器。然后，這個(gè)信號(hào)用一個(gè)A / D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化。對(duì)于膜片鉗記錄中，傳感器解決方案充滿移液器。吸移管被連接到上面的移液管或高電平信號(hào)通過移液管的電流電壓轉(zhuǎn)換的一個(gè)膜片鉗放大器。按照慣例，一個(gè)膜片鉗放大器的滿量程輸出范圍為177。10V，相匹配的一系列常見的儀表質(zhì)量數(shù)字化儀。數(shù)字轉(zhuǎn)換器甲數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成一個(gè)或多個(gè)通道的模擬信號(hào)相應(yīng)的數(shù)字值序列。數(shù)字化儀的心臟是一個(gè)A / D轉(zhuǎn)換器，一個(gè)裝置的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的樣本例如，數(shù)字化儀，用于記錄從一個(gè)單一的離子通道，可能確定每50ms一次的膜片鉗放大器的輸出，并提供所得到的值的計(jì)算機(jī)。采樣定理數(shù)據(jù)采集??的目的是分析以數(shù)字形式的模擬信號(hào)。這是可能的，數(shù)字轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的序列的值必須代表原來的模擬信號(hào)。采樣定理指出，這是一個(gè)模擬信號(hào)的情形。采樣定理指出，從一個(gè)序列的樣本以均勻的時(shí)間間隔，只要采樣頻率可重構(gòu)是不小于兩倍的信號(hào)帶寬。例如，假設(shè)一個(gè)信號(hào)包含的頻率從直流（0Hz的）到10kHz。這個(gè)信號(hào)必須被采樣的速率至少為20kHz的正確重建。作為一個(gè)實(shí)際問題，采樣率應(yīng)該是幾次感興趣的最高頻率的最小采樣速率。例如，要解決一個(gè)10kHz的信號(hào)，需要的最小采樣速率為20kHz，但在實(shí)踐中，應(yīng)使用的采樣速率為50kHz或更?？刂圃诖擞懻撝械氖悄M信號(hào)數(shù)字化的計(jì)算機(jī)。在許多情況下，計(jì)算機(jī)也可以產(chǎn)生模擬控制信號(hào)。例如，在膜片鉗實(shí)驗(yàn)中電壓門控離子通道，計(jì)算機(jī)被頻繁地使用，以產(chǎn)生電刺激激活的通道。這些控制信號(hào)都采用一個(gè)D / A（數(shù)字到模擬）轉(zhuǎn)換器。從傳感器到信號(hào)許多信號(hào)源包括一個(gè)感應(yīng)器和一個(gè)放大器。該放大器的輸出轉(zhuǎn)換到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化的傳感器。前置放大器位于盡可能接近傳感器前置放大器都建有許多儀器儀表系統(tǒng)。一個(gè)單獨(dú)的放大器，前置放大器轉(zhuǎn)換輸出到一個(gè)高層次的信號(hào)。名次接近傳感器前置放大器，降低了噪音，通過允許要被放大的信號(hào)通過電纜之前被發(fā)送。由于在傳感器附近的物理空間是有限的，在前置放大器是盡可能的小，與散裝位于在放大器的電子設(shè)備。例如，在膜片鉗設(shè)置，傳感器是一個(gè)充滿溶液的吸液管，前置放大器是頭階段，且放大器膜片鉗放大器本身。信號(hào)調(diào)節(jié)許多傳感器提供的信號(hào)才可以被數(shù)字化，必須轉(zhuǎn)變。例如，一個(gè)微電極移液管可用于測量電流，而數(shù)字化儀測量電位（電壓）。膜片鉗放大器提供了電流 電壓放大，通常以每PA的輸入輸出mV的。這種變換的傳感器信號(hào)被稱為信號(hào)調(diào)理。信號(hào)調(diào)理可能會(huì)更復(fù)雜。一個(gè)非線性傳感器的輸入信號(hào)可被轉(zhuǎn)換成的電壓是線性的被測量的量，補(bǔ)償可以由二階影響，如溫度，或間接的影響，如頻移可被轉(zhuǎn)換成的電壓。集成的數(shù)字化儀作為A / D轉(zhuǎn)換下降的成本，數(shù)字化功能可以被移動(dòng)到放大器。例如，HEKA電子的EPC9膜片鉗放大器包含一個(gè)內(nèi)置的數(shù)字化設(shè)備（InstruTech產(chǎn)品ITC16）。數(shù)字轉(zhuǎn)換器集成到一個(gè)放大器可以大幅降低總噪聲的數(shù)字化信號(hào)中，由于模擬信號(hào)通過電纜不進(jìn)行從放大器到一個(gè)外部數(shù)字轉(zhuǎn)換器。小心儀器規(guī)格比較時(shí)，一個(gè)內(nèi)置的數(shù)字化模擬放大器。包括數(shù)字化電子放大器外殼可能會(huì)增加噪聲和數(shù)字轉(zhuǎn)換器本身可能會(huì)增加噪音的信號(hào)。然而，在數(shù)字化的信號(hào)的總噪聲可能會(huì)遠(yuǎn)小于，如果一個(gè)外部數(shù)字轉(zhuǎn)換器的使用。在一個(gè)放大器的一個(gè)集成的數(shù)字轉(zhuǎn)換器的組合的模擬放大器和一個(gè)外部的數(shù)字化儀進(jìn)行比較。數(shù)字化儀集成到一個(gè)放大器的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是，放大器設(shè)計(jì)師可以很容易地包括電腦控制的功能。此類放大器連接到一個(gè)數(shù)據(jù)采集程序，可以再提供一個(gè)集成的用戶界面，簡化了操作。此外，收購程序，可以記錄所有的放大器的設(shè)置，簡化了數(shù)據(jù)分析。從信號(hào)到采樣甲數(shù)字轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)A / D（模擬到數(shù)字）轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣的模擬輸入信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)數(shù)字值序列。混疊采樣定理的狀態(tài)，以便能夠重構(gòu)信號(hào)，采樣速率必須是至少兩倍于信號(hào)帶寬。如果一個(gè)信號(hào)包含的頻率高于采樣頻率的一半分量，會(huì)發(fā)生什么事？采樣率的一半以上的頻率分量出現(xiàn)在較低的頻率采樣數(shù)據(jù)。的表觀頻率的采樣信號(hào)的實(shí)際頻率的模數(shù)采樣率的一半。例如，如果一個(gè)26kHz的信號(hào)進(jìn)行采樣，在50kHz，它似乎是1kHz的信號(hào)的采樣數(shù)據(jù)的。這種效應(yīng)被稱為混疊。抗混疊濾波器如果以進(jìn)行數(shù)字化的信號(hào)成分在頻率大于半采樣頻率，抗混疊濾波器是必需的，以減少信號(hào)帶寬?？够殳B濾波器，必須切斷上述信號(hào)分量的采樣率的一半。大多數(shù)信號(hào)源固有的頻帶受限的，所以在實(shí)踐中，抗混疊濾波器也常常不是必需的。然而，一些信號(hào)源產(chǎn)生寬帶噪聲，必須除去一個(gè)抗混疊濾波器。例如，膜片鉗放大器內(nèi)置抗混疊濾波器。膜片鉗記錄用于吸移管固有的過濾上述取值范圍為1kHz的低頻信號(hào)。膜片鉗放大器的良好的高頻響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)僅由升壓的高頻分量的信號(hào)，以補(bǔ)償?shù)囊埔汗艿念l率響應(yīng)。這可能會(huì)產(chǎn)生明顯的高頻噪聲。一個(gè)補(bǔ)丁鉗放大器提供了一個(gè)過濾器來消除這種噪聲。集成轉(zhuǎn)換器討論混疊時(shí)假定瞬時(shí)采樣。產(chǎn)生的輸出值，由A / D轉(zhuǎn)換是指瞬時(shí)模擬信號(hào)幅度。這種采樣的A / D轉(zhuǎn)換器是最常見的用于儀器儀表。有些A / D轉(zhuǎn)換器采用積分轉(zhuǎn)換技術(shù)。這樣的數(shù)字轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的輸出值表示在采樣間隔的模擬信號(hào)幅度的積分。這種轉(zhuǎn)換器消除鋸齒。它們可以被看作是包含一個(gè)內(nèi)置的抗混疊濾波器的。很少用于高速控制的應(yīng)用集成轉(zhuǎn)換器。最常用的技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)高速積分轉(zhuǎn)換結(jié)果之間的模擬采樣和相應(yīng)的數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出值的采樣間隔的延遲。這種延遲可以推出，如果數(shù)字轉(zhuǎn)換器的控制系統(tǒng)中使用的閉環(huán)響應(yīng)在高頻率中的相當(dāng)大的相移。分辨率通常，數(shù)字化儀提供的計(jì)算機(jī)，固定長度的二進(jìn)制數(shù)。例如，Axon的儀器Digidata 1200A產(chǎn)生12位的數(shù)字，而InstruTech產(chǎn)品公司ITC16產(chǎn)生16位的數(shù)字。每個(gè)值的長度被稱為的移動(dòng)設(shè)備，以位為單位的分辨率。分辨率可以翻譯成一個(gè)絕對(duì)的輸入電平。大多數(shù)數(shù)字化儀測量擺幅高達(dá)從零到約10V，20V的總范圍。一個(gè)12位的值，分辨率為4096分之1，所以一個(gè)12位數(shù)字化儀的分辨率20V除以4096，或大約為5mV。這表示說，一項(xiàng)改變（或至少顯著位，或LSB）表示為5mV。％，它似乎是數(shù)字化在一個(gè)10位或11位分辨率范圍內(nèi)就足夠了。然而，更精確的分辨率是必要的，因?yàn)檩斎胄盘?hào)經(jīng)常不在整個(gè)輸入范圍。例如，即使儀表放大器的增益已被調(diào)整，以產(chǎn)生與一個(gè)20V的范圍內(nèi)的輸入信號(hào)，%的范圍在2V到 20V內(nèi)的信號(hào)，而其至少需要有13位的分辨率。準(zhǔn)確性幾種規(guī)格被用于表達(dá)特定的數(shù)字化儀的精度。如何精確的數(shù)字值代表模擬輸入的絕對(duì)精度表示。例如，可能具有數(shù)字化轉(zhuǎn)換器4096的1份，其絕對(duì)精度。這也可以說，數(shù)字化儀有12位絕對(duì)精度表示。相對(duì)精度表示，如何精確的數(shù)字化測量兩個(gè)模擬輸入值之間的差異。這通常是比絕對(duì)精度更大的興趣。噪聲規(guī)范表示數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出會(huì)隨模擬輸入沒有變化多少。這是經(jīng)常表示為比特?cái)?shù)。例如，一個(gè)16位的數(shù)字轉(zhuǎn)換器與兩位噪聲將有效地產(chǎn)生一個(gè)14位數(shù)字化儀相同的結(jié)果。數(shù)字化儀的準(zhǔn)確度，變化很大，它的最大采樣速率。更精確的數(shù)字化，慢。閱讀數(shù)字化儀規(guī)格時(shí)一定要小心。在某些情況下，制造商發(fā)布了A / D轉(zhuǎn)換器中使用數(shù)字化儀作為整個(gè)數(shù)字化儀規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)。然而，數(shù)字化儀的準(zhǔn)確度可能會(huì)顯著地減少。數(shù)字化儀可以包括必要的元件，如放大器和基準(zhǔn)電壓源，降低的準(zhǔn)確性。此外，A/ D規(guī)格僅適用于特定的條件下轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)手冊(cè)中的描述。在數(shù)字化，這些條件可能不適用。從采樣到傳輸?shù)诫娔X一旦數(shù)據(jù)被數(shù)字化，必須將其傳送到計(jì)算機(jī)上。數(shù)字化儀通常內(nèi)置的電腦插件板，所以轉(zhuǎn)讓發(fā)生在計(jì)算機(jī)總線。用于測量高速數(shù)字化儀可以養(yǎng)活高和恒定速率的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。例如，數(shù)字化儀上運(yùn)行的一個(gè)信道在100k的樣本/秒的通常會(huì)連續(xù)產(chǎn)生200k的字節(jié)/秒的數(shù)據(jù)。這是一個(gè)大的數(shù)據(jù)流。連續(xù)性質(zhì)多的數(shù)據(jù)采集需要某種緩沖。例如，如果計(jì)算機(jī)停止30ms的數(shù)據(jù)寫入到磁盤或更新顯示，6000字節(jié)的數(shù)據(jù)就會(huì)聚積起來。數(shù)據(jù)必須存儲(chǔ)在某個(gè)地方，或?qū)G失。數(shù)據(jù)傳輸：DMAAxon的儀器Digidata1200使用DMA（直接存儲(chǔ)器訪問）將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X主機(jī)的記憶。的DMA傳輸著手無論幾近主機(jī)。DMA傳輸上遇到的問題，在連續(xù)收購。的問題是，使用PC主板上的DMA控制器只能夠?qū)?shù)據(jù)傳送到一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存塊。然而，微軟的Windows95和Windows NT使用4K字節(jié)頁分配內(nèi)存。數(shù)據(jù)采集??程序可能有一個(gè)大的緩沖區(qū)，但緩沖區(qū)將分散在物理內(nèi)存中的4K字節(jié)頁。 DMA控制器可以轉(zhuǎn)移到只有一個(gè)頁面的時(shí)間。當(dāng)完成一個(gè)頁面時(shí)，它將中斷主機(jī)。數(shù)字化的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，然后重新翻頁DMA控制器。通常情況下，這些周期性的中斷是不是一個(gè)問題。例如，即使在全為330kHz的速率的Digidata1200，一個(gè)4K緩沖區(qū)加載都只需6ms。在驅(qū)動(dòng)程序的中斷處理快速的處理器可能需要50微秒，處理器服務(wù)中斷小于1％小時(shí)。然而，問題會(huì)在多任務(wù)操作系統(tǒng)，如Microsoft Windows NT，因?yàn)樵S多其他的活動(dòng)可以同時(shí)進(jìn)行。如果另一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行處理，并已鎖定暫時(shí)中斷，數(shù)字化設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可能必須等待維修