讯号处理是数据撷取系统中最重要且最常见的部分。藉由它，可以将真实世界中的讯号转换至数字处里器中。许多传感器需要特定的讯号处理技术，而且一般的仪器也不可能提供各种传感器所需的各种讯号处理功能。举例而言，热电耦产生极其微小的电压讯号，这就需要放大、滤波及线性化等讯号处理动作。其它的传感器，像是应变规及加速规，需要额外的电源进行放大及滤波，也有可能需要隔离处理以保护某些高压讯号损坏系统本身。没有任何一个仪器可以提供所有量测系统所需的各项弹性。然而，利用前端讯号处理，可以结合有必要的技术将各种类型的讯号带入数据撷取系统之中。

并不是所有的前端讯号处理的选择都是对等的。大部分的选择是非智能型的，平行进/平行出的设定提供某些少数的讯号及传感器最简的功能。然而，对架构在计算机之上的量测及自动化系统，需要一个可以利用最新计算机数据撷取及仪器科技优势的系统设计。这个系统应该拥有可程序化的输入设定，可以自动侦测计算机的能力，并且和软件具有高度的整合性以处理标尺及信道的管理。系统应该提供所有需要的条件，以保证它的精确度及使用高速数字器的进阶能力。

讯号处理的背景知识

大多数的讯号在其能够被数字化之前需要一些准备动作。就如之前所提到的，热电耦的讯号是极其微弱的电压讯号，因此在数字化之前必须先将其做放大。其他的传感器，是RTD、热敏电阻、应变规及加速规等，都需要电源的供应才有办法动作。甚至是纯电压讯号也需要特殊的技巧才能够阻?大共模讯号或安全地量测高电压讯号。这些所有的事前准备动作即为讯号处理。

因为讯号处理的种类非常繁多，所以常容易将每一种技巧的角色及需求搞混。以下是常见的讯号处理列表、功能及何时会需要使用的范例。

重要技术

当前端讯号处理对数据撷取系统而言是必要时，就应该选择能够利用最新以计算机为基础的量测及自动化系统。对讯号处理平台而言，能够完全利用这些优势，必须拥有几个进阶且关键的技巧。这些关键的技术确保可以得到一个高效能的讯号处理平台，以将其他系统以合理的成本考虑整合在其中。主要的技术包括整合性、校正、链接性、切换、隔离、扩张性、带宽、软件及使用简单。了解每一项技术后，将能够在采购前端讯号处理系统时做出正确的判断。

整合性

能够简单地将其他部分系统整合进前端讯号处理系统的能力是必须且重要的。系统应该模块化，可以选择系统所需要的讯号处理种类，且可以容纳混合讯号的功能也是非常关键的。举例来说，必须能连接电流、高电压、多种传感器、模拟输出、数字I/O及在同一个平台中进行所有讯号的切换。

校正

前端讯号处理的关键技巧中一个最重要的部分就是简单且精确的校正能力。大部分的量测装置应该通过工厂校正，但是随着时间和温度，其精度会开始飘移。为了尽可能达到精密量测，周期性的校正整个撷取系统是必需的。如果系统有精准的卡上电压参考，就能够根据温度的改变去修改量测系统以补偿差异。另外，也必须进行外来的校正服务去确保系统每年度都可以达到规格的效能保证。因此学习校正操作对任何的前端讯号处理系统而言是非常重要的，因为这是唯一确保精确且可信量测上的投资。

连接性

因为将讯号连接到讯号处理系统是最主要的动作，因此选择需要的连接是十分重要的。一个好的前端讯号处理系统应该给你多种的讯号连接的选择，包括热电耦插头、锁螺丝的方式以及BNC接头。

切换性

在今天的测试需求环境中，将讯号简单地连接到量测系统中的能力是可以在量测时间上取得大幅进步的机会。想象一个测试系统的待测物必须连接到四项个别的量测子系统，如果不是利用正确的技巧，那么待测物必须在每一项测试之后被拆下并重新接上另一个量测装置。而利用切换技巧，不仅可以不必轮流地将待测物的导线连接到量测装置上，也可以同时测试多个待测物。因此可以有效率地使用测试设备，达到更快的测试时间及更少的作业员配置。选择一个前端讯号处理系统提供提高整体系统效能的技术。

隔离

另一个重要的技巧就是隔离。量测高电或是电压突波时，从系统中隔离这些讯号是非常重要的。不适当的隔离会伤害操作者，也会影响整个数据撷取系统。当决定系统的隔离需求时，有可靠且精确的隔离规格是极其重要的，这包含安全工作电压等级及安装等级。

扩充性

任何前端讯号处理系统应该能够轻易的扩充。新增更多的信道数及不同类型的讯号到系统内不应该会大幅修改数据撷取系统。藉由正确的技术，扩充系统应该是像插入另一个模块般一样的容易。

带宽

除了能够扩充外，一个系统应该有足够的带宽去处理从多信道系统来的数据量。带宽应该够高以容纳未来信道数的成长。系统带宽通常表示为取样数/秒（Hz）。为了去决定系统所需的最小带宽，应该将预期信道数乘以个别信道最大的取样率。对一个高信道数的系统而言，以最保守的取样率所求得的带宽常可高达数百KHz。带宽通常不被重视，但选择一个前端讯号处理系统时却是一个不可忽视的考虑。

软件

一个测试及量测系统中最大的成本支出就是程序开发。为了让程序开发的成本降到最低，必须使用软件工具来增大产能。前端讯号处理系统应该设计为可以紧密整合这些软件工具。只有利用软件程序去控制前端讯号处理系统，才能享受最新的计算机量测及自动化科技所带来的好处。

设定/安装

最后，任何的讯号处理系统应该都能够简单的使用。没有人可以承担因为过度复杂的安装及设定过程所导致的时间损失。一个理想的前端讯号处理系统会不断的去轮询硬件，回报哪些设备已正确安装，并提供能设定所有讯号处理参数的软件接口，并且可以设定信道名称及改变工程单位的度量衡。

结论

一个前端讯号处理系统应该视为一个以数据撷取系统所需而定义的平台。投资一个不论就开发时间或利用最新科技不断改进的平台而言是非常重要的。最常见的技巧用以应用在前端数据撷取系统包括校正、隔离、带宽、扩充性、量测涵盖性、讯号配线，当然简单使用也是不可或缺的。（作者任职于NI美商国家仪器）

延 伸 阅 读

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