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模擬輸入
模擬輸入需要考慮的參數——模擬輸入的技術說明中將給出關于數據采集產品的精度和功能的信息。基本技術說明適用于大部分數據采集產品，包括通道數目、采樣速率、分辨率和輸入范圍等方面的信息。
通道數
對于采用單端和差分兩種輸入方式的設備，模擬輸入通道數可以分為單端輸入通道數和差分輸入通道數。在單端輸入中，輸入信號均以共同的地線為基準。這種輸入方法主要應用于輸入信號電壓較高（高于1V），信號源到模擬輸入硬件的導線較短（低于15ft）的情況，所有的輸入信號共用一個基準地線。如果信號達不到這些標準，應該使用差分輸入。對于差分輸入，要用到兩個通道進行比較，由于共模噪聲可以在它們之間消除，從而減小了噪聲誤差。采用非參考單端輸入方式的設備與單端輸入方式的類似，不過各通道共同的地線是與參考地浮置的。差分接法時通道數量是單端接法和非參考單端接法的一半。
采樣速率
這一參數決定了每秒種進行模數轉換的次數。一個高采樣速率可以在給定時間下采集更多數據，因此能更好地反映原始信號。
多路復用
多路復用是使用單個模數轉換器來測量多個信號的一種常用技術多路復用是使用單個測量設備來測量多個信號的常用技術。模擬信號的信號調理硬件常對如溫度這樣緩慢變化的信號使用多路復用方式。ADC采集一個通道后，轉換到另一個通道并進行采集，然后再轉換到下一個通道，如此往復。由于同一個ADC可以采集多個通道而不是一個通道，每個通道的有效采樣速率和所采樣的通道數呈反比。
分辨率
模數轉換器用來表示模擬信號的位數即是分辨率。分辨率越高，信號范圍被分割成的區間數目越多，因此，能探測到的電壓變量就越小。圖1顯示了一個正弦波和使用一個理想的3位模數轉換器所獲得相應數字圖像。一個3位變換器（此器件在實際中很少用到，在此處是為了便于說明）可以把模擬范圍分為23，或8個區間。每一個區間都由在000至111內的一個二進制碼來表示。很明顯，用數字來表示原始模擬信號并不是一種很好的方法，這是由于在轉換過程中會丟失信息。然而，當分辨率增加至16位時，模數轉換器的編碼數目從8增長至65,536，由此可見，在恰當地設計模擬輸入電路其它部分的情況下，可以對模擬信號進行非常準確的數字化。
量程
量程是模數轉換器可以量化的最小和最大電壓值。泛華多功能數據采集設備能對量程范圍進行選擇，可以在不同輸入電壓范圍下進行配置。由于具有這種靈活性，可以使信號的范圍匹配ADC的輸入范圍，從而充分利用測量的分辨率。
圖1三位分辨率下正弦波的數字化
編碼寬度
數據采集設備上可用的量程、分辨率和增益決定了最小可探測的電壓變化。此電壓變化代表了數字值上的最低有效位1（LSB），也常被稱為編碼寬度。理想的編碼寬度為電壓范圍除以增益和2的分辨率次冪的乘積。例如，NI的一種16位多功能數據采集設備,可供選擇的范圍為0～10V或－10～10V；可供選擇的增益：1，2，5，10，20，50或100。當電壓范圍為0～10V，增益為100時，理想的編碼寬度由以下公式決定：
盡管前面所提到的數據采集設備具有16位分辨率的ADC和100kS/s采樣率這樣的基本指標，但是您可能無法在16個通道上進行全速采樣，或者得不到滿16位的精度。例如，目前市場上的某些帶有16位ADC的產品所得到的有效數據要低于12位。為了確定您所要用的設備是否能滿足您所期待的結果，請仔細審查那些超出產品分辨率的技術指標。
評估數據采集產品時，還需要考慮微分非線性度(DNL)、相對精度、儀用放大器的穩定時間和噪聲等。
微分非線性度（DNL）
在理想情況下，當提高一個數據采集設備上的電壓值時，模數轉換器上的數字編碼也應該線性增加。如果對一個理想的模數轉換器測定電壓值與輸出碼的關系，繪出的線應是一條直線。這條理想直線的離差被定義為非線性度。DNL是指以LSB為測量單位，和1LSB理想值的最大離差。一個理想的數據采集設備的DNL值為0，一個好的數據采集設備的DNL值應在±0.5LSB以內。對于一個編碼應該有多寬，我們沒有更多的限制。編碼不會比0LSB更小，因此，DNL肯定是小于1LSB。一個性能較差的數據采集設備可能有一個等于或非常接近零的編碼寬度，這意味著會有一個丟失碼。對一個有丟失碼的數據采集設備無論輸入什么電壓，設備都無法將此電壓量化為丟失碼所表示的值。有時DNL指標顯示數據采集設備沒有丟失碼，這意味著DNL低于1LSB，但是沒有上邊界的技術指標。所有NI系列設備都保證沒有丟失碼，并且其技術說明上清楚地標明DNL的技術指標，因此就可以知道設備的線性度。
如果以上文提到的數據采集設備為例，其編碼寬度為1.5μV，略高于500μV時會有一個丟失碼，此時，增加電壓至502μV的情況將不會被探測到。在這個例子中，只有電壓值再增加一個LSB，大于503μV時，電壓改變值才能被探測到。因此較差的DNL會降低設備的分辨率。
相對精度
相對精度是指相對理想數據采集的轉換函數（一條直線），最大離差的LSB測量位數。數據采集設備的相對精度是通過連接一個負的滿量程電壓來確定的，采集電壓，增加電壓值，重復這些步驟直至覆蓋設備的整個輸入范圍。當描繪這些數字化點時，結果應是如圖2(a)所示的一條近似直線。然而，從數字化值中減去理想直線值，可描繪出這些計算結果所得到的點，如圖2(b)所示。距零的最大離差值即為設備的相對精度。
圖2 決定一個數據采集設備的相對精度
數據采集設備的驅動軟件將模數轉換器輸出的二進制碼值通過乘以一個常數轉化為電壓值。良好的相對精度對數據采集設備很重要，因為它確保了將模數轉換器輸出的二進制碼值能被準確地轉化為電壓值。獲得良好的相對精度需要正確地設計模數轉換器和外圍的模擬電路。
穩定時間
穩定時間是指放大器、繼電器、或其它電路達到工作穩定模式所需要的時間。在高增益和高速率下進行多通道采樣時，儀用放大器是最不容易穩定下來的。在這種條件下，儀用放大器很難追蹤出現在多路復用器不同通道上的大變化的信號。一般而言，增益越高并且通道的切換時間越短時，儀用放大器越不容易穩定。事實上，沒有現成的可編程增益放大器可在2μs時間內、增益為100時，穩定地達到12位精度
噪聲
在數據采集設備的數字化信號中不希望出現的信號即為噪聲。因為PC是一個有噪聲的數字化環境，所以在插入式設備上作采集工作需要經驗豐富的模擬電路設計人員在多層數據采集設備上精心布線。簡單地把一個模數轉換器、儀用放大器和總線接口電路布置在一個一層或兩層板上，這樣開發出的設備會有非常大的噪聲。設計者可以在數據采集設備中使用金屬屏蔽來降低噪聲。恰當的屏蔽不僅用于數據采集設備上敏感的模擬部分，而且體現在設備的板層間使用接地層。圖3顯示了當輸入范圍為±10 V，增益為10時的一個直流噪聲。當1LSB = 31μV，20LSB噪聲水平相當于620μV的噪聲電壓。圖4顯示了兩個數據采集產品的直流噪聲曲線，它們使用的是相同的ADC，兩個數據采集產品的質量可由這些噪聲曲線來決定——噪聲的范圍和分布情況。從圖4a的曲線可以看出NI的產品在0處有高的采樣分布，而它在其它碼值上的點數量極少。這種分布為高斯分布，它是隨機噪聲。從曲線可以得知，峰值噪聲在±3 LSB以內。在圖4b中，此產品是另一家廠商生產的數據采集設備，它的噪聲分布很不同。設備生成的噪聲高于20LSB，出現了許多非期望值的采樣點。
圖3 當信號通過一個切換40路DC信號的多路復用器輸入儀用放大器時，表現為一個高頻率AC信號
圖4 盡管采用了相同16位ADC，兩種數據采集產品的噪聲曲線還是具有明顯的不同
對于復雜的測量硬件如插入式數據采集設備，根據所使用設備的不同，所得到的精度有很大的差別。一直致力于提供高精度的產品，在許多情況下，這些產品的精度甚至比臺式儀器還要高。在NI產品的技術規范中有這些精度的說明。同時要注意那些沒有詳細說明的板卡；所省略的技術指標可能會導致測量的不精確。通過評估更多的模擬輸入技術指標，而不是簡單地參考模數轉換器的分辨率，您可以確定所選的數據采集產品對于您的應用是否具有足夠的精度。
模擬輸出
經常需要模擬輸出電路來為數據采集系統提供激勵源。數模轉換器（DAC）的一些技術指標決定了所產生輸出信號的質量－穩定時間、轉換速率和輸出分辨率。
穩定時間
穩定時間是指輸出達到規定精度時所需要的時間。穩定時間通常由電壓上的滿量程變化來規定。這里的穩定時間和模擬輸入的穩定時間類似。
轉換速率
轉換速率是指數模轉換器所產生的輸出信號的最大變化速率。穩定時間和轉換速率一起決定模數轉換器改變輸出信號值的速率。因此，一個數模轉換器在一個小的穩定時間和一個高的轉換速率下可產生高頻率的信號，這是因為輸出信號精確地改變至一個新的電壓值這一過程所需要的時間極短。
關于應用方面的一個例子是音頻信號的產生，它需要上述參數具有高性能指標。數模轉換器需要一個高的轉換速率和小的穩定時間來產生高頻率信號來覆蓋音頻范圍。與此相對照，另一個應用示例是利用一個電壓信號源來控制一個加熱器，它不需要高速數/模轉換。這是因為加熱器對電壓值的改變不能很快地響應，沒有必要使用高速數/模轉換器。
輸出分辨率
輸出分辨率與輸入分辨率類似，它是產生模擬輸出的數字碼的位數。較大的位數可以縮小輸出電壓增量的量值，因此可以產生更平滑的變化信號。對于要求動態范圍寬、增量小的模擬輸出應用，需要有高分辨率的電壓輸出。
觸發器
許多數據采集的應用過程需要基于一個外部事件來起動或停止一個數據采集的工作。數字觸發使用外部數字脈沖來同步采集與電壓生成。模擬觸發主要用于模擬輸入操作，當一個輸入信號達到一個指定模擬電壓值時，根據相應的變化方向來起動或停止數據采集的操作。
RTSI總線
RTSI總線使用一種定制的門陣列和一條帶形電纜，能在一塊數據采集卡上的多個功能之間或者兩塊甚至多塊數據采集卡之間發送定時和觸發信號。通過RTSI總線，可以同步模數轉換、數模轉換、數字輸入、數字輸出、和計數器/計時器的操作。例如，通過RTSI總線，兩個輸入板卡可以同時采集數據，同時第三個設備可以與該采樣率同步的產生波形輸出。
數字I/O(DIO)
DIO接口經常在PC數據采集系統中使用，它被用來控制過程、產生測試波形、與外圍設備進行通信。在每一種情況下，最重要的參數有可應用的數字線的數目、在這些通路上能接收和提供數字數據的速率、以及通路的驅動能力。如果數字線被用來控制事件，比如打開或關掉加熱器、電動機或燈，由于上述設備并不能很快地響應，因此通常不采用高速輸入輸出。
數字線的數量當然應該與需要被控制的過程數目相匹配。在上述的每一個例子中，需要打開或關掉設備的總電流必須小于設備的有效驅動電流。
然而，通過應用恰當的數字信號調理配件，可以使用進/出數據采集硬件的低電流TTL信號來監測/控制工業硬件產生的高電壓和電流信號。例如，在打開或關閉一個高閥門時，電壓和電流的值可能達到2A、100VAC的數量級。因為一個DIO設備的輸出為幾個毫安，電壓為0～5VDC，所以可以使用如SSR系列、ER-8/16，SC-206x，或 SCXI模塊來開關電源信號，控制閥門。
一個常見的DIO應用是傳送計算機和設備之間的數據，這些設備包括數據記錄器、數據處理器以及打印機。因為上述設備常以1個字節（8位）來傳送數據，插入式DIO設備的數字線常排列為8位一組，許多具有數字能力的板卡具有帶同步通信功能的握手電路。通道數、數據速率和握手能力都是很重要的技術指標，您需要了解這些指標并且它們要與應用的要求相匹配。
計數器/定時器（Counter）
計數器/定時器在許多應用中具有很重要的作用，包括對數字事件產生次數的計數、數字脈沖計時，以及產生方波和脈沖。您通過三個計數器/計時器信號就可以實現所有上述應用——門、輸入源和輸出。
門
門是指用來使計數器開始或停止工作的一個數字輸入信號。
輸入源
輸入源是一個數字輸入，它的每次翻轉都導致計數器的遞增，因而提供計數器工作的時間基準。
輸出
在輸出線上輸出數字方波和脈沖。
應用一個計數器/計時器時最重要的指標是分辨率和時鐘頻率。
分辨率
指計數器所應用的位數。簡單地說，高分辨率意味著計數器可以計數的位數越高。
時鐘頻率
決定了可以翻轉數字輸入源的速度有多快。當頻率越高，計數器遞增的也越快，因此對于輸入可探測的信號頻率越高，對于輸出則可產生更高頻率的脈沖和方形波。在NI的數據采集設備中采用了DAQ-STC計數器/計時器，其時鐘頻率為20MHz，共有16個24位計數器。在NI 660x計數器/計時器設備中，所用的NI-TIO計數器/計時器最高時鐘頻率為80MHz，共有8個32位計數器。
DAQ-STC2
這是NI的一種定制的專用集成電路 (ASIC) ， 它是為數據采集應用專門設計的。與應用在數據采集設備上的其他現有計數器/計時器芯片相比較，DAQ-STC2是與眾不同的。例如，DAQ-STC是一個正向/反向的計數器/計時器，意味著它可以使用附加的外部數字信號，根據“高”或“低”電平，來正向計數或反向計數。這種類型的計數器/計時器可用于旋轉或線性編碼器來測量位置。其它的專有功能還有生成緩沖式脈沖系列、對相同的采樣時間進行定時、相關時間戳記、以及采樣速率的瞬間改變。
NI-TIO
也是一種針對計時應用特定設計的定制的ASIC芯片。它將所有的DAQ-STC計數器/計時器的功能進行合并，并且還加入了新的特點，如自身編碼器的兼容性、消除反沖過濾器和兩個信號的邊緣分離測量。
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