訊號處理是資料擷取系統中最重要且最常見的部分。藉由它，可以將真實世界中的訊號轉換至數位處裡器中。許多感測器需要特定的訊號處理技術，而且一般的儀器也不可能提供各種感測器所需的各種訊號處理功能。舉例而言，熱電耦產生極其微小的電壓訊號，這就需要放大、濾波及線性化等訊號處理動作。其它的感測器，像是應變規及加速規，需要額外的電源進行放大及濾波，也有可能需要隔離處理以保護某些高壓訊號損壞系統本身。沒有任何一個儀器可以提供所有量測系統所需的各項彈性。然而，利用前端訊號處理，可以結合有必要的技術將各種類型的訊號帶入資料擷取系統之中。

並不是所有的前端訊號處理的選擇都是對等的。大部分的選擇是非智慧型的，平行進/平行出的設定提供某些少數的訊號及感測器最簡的功能。然而，對架構在電腦之上的量測及自動化系統，需要一個可以利用最新電腦資料擷取及儀器科技優勢的系統設計。這個系統應該擁有可程式化的輸入設定，可以自動偵測電腦的能力，並且和軟體具有高度的整合性以處理尺規及通道的管理。系統應該提供所有需要的條件，以保證它的精確度及使用高速數位器的進階能力。

訊號處理的背景知識

大多數的訊號在其能夠被數位化之前需要一些準備動作。就如之前所提到的，熱電耦的訊號是極其微弱的電壓訊號，因此在數位化之前必須先將其做放大。其他的感測器，是RTD、熱敏電阻、應變規及加速規等，都需要電源的供應才有辦法動作。甚至是純電壓訊號也需要特殊的技巧才能夠阻?大共模訊號或安全地量測高電壓訊號。這些所有的事前準備動作即為訊號處理。

因為訊號處理的種類非常繁多，所以常容易將每一種技巧的角色及需求搞混。以下是常見的訊號處理列表、功能及何時會需要使用的範例。

重要技術

當前端訊號處理對資料擷取系統而言是必要時，就應該選擇能夠利用最新以電腦為基礎的量測及自動化系統。對訊號處理平台而言，能夠完全利用這些優勢，必須擁有幾個進階且關鍵的技巧。這些關鍵的技術確保可以得到一個高效能的訊號處理平台，以將其他系統以合理的成本考量整合在其中。主要的技術包括整合性、校正、連結性、切換、隔離、擴張性、頻寬、軟體及使用簡單。了解每一項技術後，將能夠在採購前端訊號處理系統時做出正確的判斷。

整合性

能夠簡單地將其他部分系統整合進前端訊號處理系統的能力是必須且重要的。系統應該模組化，可以選擇系統所需要的訊號處理種類，且可以容納混合訊號的功能也是非常關鍵的。舉例來說，必須能連接電流、高電壓、多種感測器、類比輸出、數位I/O及在同一個平台中進行所有訊號的切換。

校正

前端訊號處理的關鍵技巧中一個最重要的部分就是簡單且精確的校正能力。大部分的量測裝置應該通過工廠校正，但是隨著時間和溫度，其精度會開始飄移。為了儘可能達到精密量測，週期性的校正整個擷取系統是必需的。如果系統有精準的卡上電壓參考，就能夠根據溫度的改變去修改量測系統以補償差異。另外，也必須進行外來的校正服務去確保系統每年度都可以達到規格的效能保證。因此學習校正操作對任何的前端訊號處理系統而言是非常重要的，因為這是唯一確保精確且可信量測上的投資。

連接性

因為將訊號連接到訊號處理系統是最主要的動作，因此選擇需要的連接是十分重要的。一個好的前端訊號處理系統應該給你多種的訊號連接的選擇，包括熱電耦插頭、鎖螺絲的方式以及BNC接頭。

切換性

在今天的測試需求環境中，將訊號簡單地連接到量測系統中的能力是可以在量測時間上取得大幅進步的機會。想像一個測試系統的待測物必須連接到四項個別的量測子系統，如果不是利用正確的技巧，那麼待測物必須在每一項測試之後被拆下並重新接上另一個量測裝置。而利用切換技巧，不僅可以不必輪流地將待測物的導線連接到量測裝置上，也可以同時測試多個待測物。因此可以有效率地使用測試設備，達到更快的測試時間及更少的作業員配置。選擇一個前端訊號處理系統提供提高整體系統效能的技術。

隔離

另一個重要的技巧就是隔離。量測高電或是電壓突波時，從系統中隔離這些訊號是非常重要的。不適當的隔離會傷害操作者，也會影響整個資料擷取系統。當決定系統的隔離需求時，有可靠且精確的隔離規格是極其重要的，這包含安全工作電壓等級及安裝等級。

擴充性

任何前端訊號處理系統應該能夠輕易的擴充。新增更多的通道數及不同類型的訊號到系統內不應該會大幅修改資料擷取系統。藉由正確的技術，擴充系統應該是像插入另一個模組般一樣的容易。

頻寬

除了能夠擴充外，一個系統應該有足夠的頻寬去處理從多通道系統來的資料量。頻寬應該夠高以容納未來通道數的成長。系統頻寬通常表示為取樣數/秒（Hz）。為了去決定系統所需的最小頻寬，應該將預期通道數乘以個別通道最大的取樣率。對一個高通道數的系統而言，以最保守的取樣率所求得的頻寬常可高達數百KHz。頻寬通常不被重視，但選擇一個前端訊號處理系統時卻是一個不可忽視的考量。

軟體

一個測試及量測系統中最大的成本支出就是程式開發。為了讓程式開發的成本降到最低，必須使用軟體工具來增大產能。前端訊號處理系統應該設計為可以緊密整合這些軟體工具。只有利用軟體程式去控制前端訊號處理系統，才能享受最新的電腦量測及自動化科技所帶來的好處。

設定/安裝

最後，任何的訊號處理系統應該都能夠簡單的使用。沒有人可以承擔因為過度複雜的安裝及設定過程所導致的時間損失。一個理想的前端訊號處理系統會不斷的去輪詢硬體，回報哪些設備已正確安裝，並提供能設定所有訊號處理參數的軟體介面，並且可以設定通道名稱及改變工程單位的度量衡。

結論

一個前端訊號處理系統應該視為一個以資料擷取系統所需而定義的平台。投資一個不論就開發時間或利用最新科技不斷改進的平台而言是非常重要的。最常見的技巧用以應用在前端資料擷取系統包括校正、隔離、頻寬、擴充性、量測涵蓋性、訊號配線，當然簡單使用也是不可或缺的。（作者任職於NI美商國家儀器）

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