LabVIEW开发教学实验室自动化INL和DNL测试系统

LabVIEW开发教学实验室自动化INL和DNL测试系统

如今，几乎所有的测量仪器都是基于微处理器的设备。模拟输入量在进行数字处理之前被转换为数字量。对于参加电气和电子测量课程的学生来说，了解ADC以及如何欣赏其性能至关重要。ADC的不确定性可以根据其传输特性来表征。更准确地说，它可以基于微分（DNL）和积分非线性（INL）来理解。

INL和DNL的测量是一项耗时的操作（占总测试时间的35%至50%）。这意味着找到输出代码变为下一个输出代码的所有转换电压。ADC分辨率越高，测试时间就越长。还有一些方法和技术可以根据一些假设，根据转换电压的子集来估计这两个参数。

本方法专用于教学实验室，学生将了解ADC的非线性及其传输特性。因此，已经考虑了经典方法。400mV在其输入范围的中间，电压以精细的步长变化，并确定转换电压。由于测量非常耗时，所以基于可编程电压源和LabVIEW应用程序实现自动化。DUT是NI的低成本DAQ。

Keitley6487可编程电压源是标准器件。它允许产生-10V至+10V的高精度电压，分辨率为200μV。根据其数据表，源极精度为0.1%+1mV。DUT是一款NI 6008数据采集设备，具有12位分辨率和7.73mV的绝对精度。

DAQ卡在其差分输入端进行测试。两个100Mohms的电阻器从每个输入连接到地，以保持其对称性。DAQ设备通过USB接口连接到主机PC，而电压源则通过GPIB连接连接。NI USB转GPIB适配器插入在PC和电压源之间。测试电压通过同轴电缆提供。

INL和DNL表示实际ADC特性与理想特性差异程度的量度。“差分非线性（DNL）是校正静态增益后，指定码箱宽度与理想码箱宽度之间的差值除以理想码箱宽度。这意味着DNL是两个连续代码的两个转换电压除以理想值7LSB之差：

由于实际电路中的噪声与ADC内部噪声累积，转换电压实际上是转换间隔，对于相同的输入电压，在输出端产生多个代码。确定哪个是实际转换电压的一种方法是为相同电压获取更多值，并计算每个代码的结果数字。较大的数字是决定哪个输出代码是真实代码的选择。当您接近转换电压时，测试的DAQ设备返回3个代码，而在间隔中间，它只返回2个代码。

LabVIEW DAQmx仪器允许从DAQ设备获取来自ADC的数字代码，或根据这些代码和校准数据计算的校正电压。该软件允许学生获得两种数据类型的INL和DNL。

该应用程序是在LabVIEW中开发的。由于其编程方式，学生很容易理解。在前面板上，学生可以找到DUT的设置、电压源的设置和文件路径的对话框。

本应用程序是为电气和电子测量学科的实验室应用而开发的，学生在其中研究数据采集设备，ADC及其相应的误差和参数。在运行仪器并收集数据后，要求学生根据保存在文件中的数据手动计算多个代码的相应INL和DNL，并将其结果与VI获得的结果进行比较。

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