软件定义仪器的数字化前端和ADC 的等效分辨率

设计

　　选择ADC 设计软件定义仪器的数字化前端不仅要考虑ADC 的性能，还要兼顾控制器的运算能力问题。对于中、高频信号的测量要选用ADS5547 和AD9460-80 型ADC，其采样速率分别为200 MSPS 和80 MSPS。为了与采样速率相匹配， 信号处理核心模块一般选用FPGA、DSP 或ARM 等高速微处理器；而对于低频信号并选用AD7739 型ADC 时，由于其采样速率只有15 kSPS， 因此信号处理核心模块可选用低档单片机。

　　3.3 用户选择软件定义仪器

　　用户选用软件仪器时，可以依据实际应用所需的等效分辨率和信号带宽来选择软件仪器。以测量心电信号为例，其幅值一般为1 mV，带宽75 Hz（采样速率为400 SPS），分辨率一般要求10 位。在ADC 参考电Vref=2.5 V，则补偿增益所要求的分辨率约为11 位，因此，要求软件定义仪器的等效分辨率为21 位。

　　为了保证实现测试的效果， 一般要求分辨率有一定余量。对照表1，同时满足等效分辨率和采样速率要求的ADC有ADS5547、AD9460-80、AD7631 和AD7739，但从控制器机时和数据处理量等方面综合考虑，AD7739 最为合适。其等效分辨率为26 位，可达到规定的测量精度；其采样速率适于测量低频信号，且满足奈奎斯特定理；信号处理模块可选用如单片机、低速ARM 等微处理器，数据处理量相对较小，实时性高，适于低频生理信号的测量与处理。

　　4 结束语

　　软件仪器中的数字化前端的设计核心是让ADC 尽可能的靠近传感器，其目的是让待测信号尽快数字化，是用ADC的采样速率换取高分辨率， 用高分辨率换取待测信号的增益，这为仪器功能的软件定义提供了基础，提高仪器的灵活性和稳定性。本文讨论了软件定义仪器中的数字化前端的具体设计方法，结合过采样技术和香农限带高斯白噪声信道的容量公式推导出了等效分辨率公式。本文结合实例，从不同层面出发，应用等效分辨率概念，明确指导了ADC 的选择、软件定义仪器中数字化前端的选择和用户对软件定义仪器的选择。

　　因此， 等效分辨率为ADC 的性能*估和软件定义仪器中的数字化前端的选择提供了一个重要参数，也为选择软件定义仪器提供了一个简明的指标，有着一定的指导意义。