軟件定義儀器的數字化前端和ADC 的等效分辨率

　　3 等效分辨率的應用

　　3.1 ADC 的選擇

　　表1 為10 款ADC 的參數和由式（17）計算出的等效分辨率。由表1 可知，No.10 的等效分辨率最高，因此，僅從等效分辨率來看AD7739 是設計數字化前端的最優選擇， 但考慮其采樣速率較低，No.6 和No.8 也可以作為優選的型號。總而言之， 選擇ADC 時主要參考其等效分辨率和采樣速率這兩個參數，No.6、No.8 和No.10 均在考慮之列， 其中前二者采樣速率較高，適用于中、高頻信號；后者采樣速率較低，只能用于低頻信號的測量。

　　3.2 數字化前端的設計

　　選擇ADC 設計軟件定義儀器的數字化前端不僅要考慮ADC 的性能，還要兼顧控制器的運算能力問題。對于中、高頻信號的測量要選用ADS5547 和AD9460-80 型ADC，其采樣速率分別為200 MSPS 和80 MSPS。為了與采樣速率相匹配， 信號處理核心模塊一般選用FPGA、DSP 或ARM 等高速微處理器；而對于低頻信號并選用AD7739 型ADC 時，由于其采樣速率只有15 kSPS， 因此信號處理核心模塊可選用低檔單片機。

　　3.3 用戶選擇軟件定義儀器

　　用戶選用軟件儀器時，可以依據實際應用所需的等效分辨率和信號帶寬來選擇軟件儀器。以測量心電信號為例，其幅值一般為1 mV，帶寬75 Hz（采樣速率為400 SPS），分辨率一般要求10 位。在ADC 參考電Vref=2.5 V，則補償增益所要求的分辨率約為11 位，因此，要求軟件定義儀器的等效分辨率為21 位。

　　為了保證實現測試的效果， 一般要求分辨率有一定余量。對照表1，同時滿足等效分辨率和采樣速率要求的ADC有ADS5547、AD9460-80、AD7631 和AD7739，但從控制器機時和數據處理量等方面綜合考慮，AD7739 最為合適。其等效分辨率為26 位，可達到規定的測量精度；其采樣速率適于測量低頻信號，且滿足奈奎斯特定理；信號處理模塊可選用如單片機、低速ARM 等微處理器，數據處理量相對較小，實時性高，適于低頻生理信號的測量與處理。

　　4 結束語

　　軟件儀器中的數字化前端的設計核心是讓ADC 盡可能的靠近傳感器，其目的是讓待測信號盡快數字化，是用ADC的采樣速率換取高分辨率， 用高分辨率換取待測信號的增益，這為儀器功能的軟件定義提供了基礎，提高儀器的靈活性和穩定性。本文討論了軟件定義儀器中的數字化前端的具體設計方法，結合過采樣技術和香農限帶高斯白噪聲信道的容量公式推導出了等效分辨率公式。本文結合實例，從不同層面出發，應用等效分辨率概念，明確指導了ADC 的選擇、軟件定義儀器中數字化前端的選擇和用戶對軟件定義儀器的選擇。

　　因此， 等效分辨率為ADC 的性能*估和軟件定義儀器中的數字化前端的選擇提供了一個重要參數，也為選擇軟件定義儀器提供了一個簡明的指標，有著一定的指導意義。