什么是高速数字化仪？

📔高速数字化仪基础知识

主管单位：Electronica IMT Division, Inc.

什么是高速数字化仪？

高速数字化仪是一种读取电信号波形（类似于示波器）并将其捕获为数字数据的设备。

示波器主要用于波形观察，而数字化仪则集成了模数转换器（A/D转换器）来采样和量化模拟信号，并将其转换为数字数据。采集大量数据后，数据会快速传输到电脑进行显示和分析。因此，数字化仪适用于需要高吞吐量数据分析和处理的测量应用。

高速数字化仪的用途

高速数字化仪是用于学术研究、工业元件和电路板检测以及集成到各种设备中的机器。

1. 研究

高速数字化仪被应用于以下物理研究领域的大型物理实验设备中：

• 脉冲功率

• 核物理

• 定向能

• 凝聚态物质

• 原子/分子/光物理学

此类装置的具体例子包括加速器、聚变反应堆、脉冲磁体和射电望远镜。

此外，它还应用于化学领域以及飞行时间质谱仪和原子力显微镜（AFM）中，并且还被应用于生物领域的细胞分选器中。

高速数字化仪被集成到各种工业应用设备中。具体示例包括以下几种：

• 2. 行业

  车辆雷达

• 激光雷达

• 医疗器械（MRI、OCT）

• 超声波测量设备和超声波无损检测设备

• 光纤传感

• 光谱仪

• 航天

此外，数字化仪还用于检查元件和电路板，如下图所示。

• 二极管等的检测和测量

• 混合模拟/数字信号的同步测量

• 超声波测量

• 测量电工钢片的磁性能

• 涡轮叶片振动评估试验

高速数字化仪的类型

1. 概述

高速数字化仪是一种将模拟信号转换为数字数据并将其传输到计算机或其他设备的装置。数字化仪 集成了模数转换器、前置放大器、存储器和计算机控制机制，从而可以轻松地在计算机上处理各种数据。

这些设备形式多样，包括集成到个人电脑和其他系统中的印刷电路板，以及通过以太网或其他类似方式连接到个人电脑进行控制的盒状测量仪器。与示波器不同，它们并非独立设备。

2. 功能

高速数字化仪的特点是数据传输速率高达 3.5 GB/s（示波器的传输速率最高可达 5 MB/s）。输入通道的数量因产品而异，从 1 个到最多 128 个不等。具有多个独立通道的数字化仪配备独立的输入放大器和独立的模数转换器，从而可以实现独立的同步采样。

3. 构成测量的要素

使用数字化仪进行测量包含以下基本要素：

• 输入范围：输入电压范围

• 输入阻抗

• 采样频率：每秒将输入信号转换为数字信号的次数。

• 转换位数：转换后输出的数字信号中的位数。

此外，配备FPGA （现场可编程门阵列）的数字化仪可以自行执行各种信号处理功能。例如，通过使用平均功能，可以将周期信号的积分值或积分后的平均值输出到PC。该平均功能通过消除随机噪声分量，实现对周期信号的积分和观察。

高速数字化仪的类型

高速数字化仪由多家制造商生产，产品种类繁多。就外形尺寸而言，如上所述，可分为嵌入式板级产品和盒式产品。

分辨率（可数字化细节的定义）以比特为单位，8 位到 14 位是最常见的。8 位、10 位、12 位和 14 位分辨率分别意味着图像可以分辨出 1/256、1/1024、4/096 和 1/16384 的细节。

其他需要考虑的因素包括采样频率以及是否使用FPGA。必须根据应用场景选择合适的FPGA。