類比輸入通道上出現非預期電壓、浮動或串擾等現象

更新 Jul 12, 2019

產品資訊

Hardware

  • PXI Analog Input Module
  • C Series Universal Analog Input Module
  • Voltage Input Module for SCXI

Driver

  • NI-DAQmx

問題敘述

我在類比輸入通道上觀察到如串擾 (crosstalk)、浮動 (floating)、隨機尖波 (random spike)、波動 (fluctuations)、過量雜訊 (excessive noise)或其他的非預期電壓。哪些可能的原因導致這種情況,我又該如何排除呢?

解決方案

您在類比通道上看到意外電壓或串擾的原因有很多。一些比較常見的原因有:
  • 高源阻抗 (High Source Impedance)

阻抗是電路在系統中阻止電流流進的一個指標。它是電阻、電容和電感的組合。在理想系統中,類比數位轉換器(ADC)具有無限阻抗。但實際情況並非如此,它們只是具有非常高的阻抗。
但有時,ADC量測的訊號源也可能具有高阻抗。這種高源阻抗 (high source impedance) 會導致ADC量測到的電壓明顯下降,這會導致量測不準確。
欲知更多詳細知識,請參閱Specifications Explained: C Series有關輸入阻抗的部分。

  • 鬼影(Ghosting)

如果在數位通道量測上量到非預期的電壓值,或者當您僅使用單一通道取樣時即不會出現非預期電壓的情況,這可能是由於訊號之間的鬼影造成的。在使用帶有多功器的設備 (multiplexed devices)進行高速取樣時,有可能會導致上述的狀況。欲知更多詳細知識,請參閱How Do I Eliminate Ghosting from My Measurements?

  • 未連接或開路的通道 (Unconnected or Open Channels)
如果掃描列中包含未連接的通道,則會出現與高源阻抗類似的行為。另一種未連接通道常見的情況是會注入電荷到其他通道中,造成該通道有緩慢漂移或浮動的現象。
欲知更多解決未連接通道產生的問題以及解決方法,請參閱Incorrect Readings on Unconnected or Open Channels。另外, How Do I Eliminate Ghosting from My Measurements?這個連結解釋了未連接的SCXI通道時可能產生的其他問題。
  • 不當的接地 (Improper Grounding)
如果待量測的信號與DAQ設備沒有參考相同的接地端,則會有接地迴路(Ground Loop)存在的可能性。接地迴路可能導致量測中的偏移和誤差。
更多對接地問題以及故障排除的方法,請參閱Field Wiring and Noise Considerations for Analog Signals
  • 雜訊和串擾 (Noise and Crosstalk)
量測到的訊號很難避免來自周圍環境的一些雜訊或環境訊號 (串擾)。適當的屏蔽和接線可以減少通道之間的串擾和來自環境的其他雜訊的影響。模組與傳感器的接線距離長度也會影響雜訊擷取量的多寡。
欲知更多關於解決雜訊和串擾問題的知識,請參閱Field Wiring and Noise Considerations for Analog Signals
  • 阻抗匹配 (Impedance Matching)
傳輸線阻抗是阻抗影響系統的另一種方式。當兩個系統連接時,如果一個系統的阻抗遠高於或低於另一個系統時則會導致訊號反射。
例如,如果多工系統(multiplexed systems)是被相較於NI擷取卡輸入阻抗,擁有更高阻抗的訊號源給驅動,您可能會看到其中一個掃描通道的電壓反射到另一個掃描通道上。為消除這些反射,訊號源的阻抗和輸入阻抗應互相匹配。
欲知更多排除阻抗不匹配的知識,請參閱Impedance and Impedance Matching
  • 連接通道上承受過電壓(Overvoltage on Connected Channels)
任何通道上只要乘載過電壓,無論量測與否,當訊號超出通道的許可範圍或允許的共模電壓訊號超出元件的工作範圍時都有可能導致串擾。此外,過電壓會增加量測通道的穩定時間(setting time),並可能導致類似串擾的行為。
有關解決過電壓的相關資訊,請參閱SCXI Overvoltage Causes Crosstalk and Ghosting
  • DAQ設備的校準 (Calibration of the DAQ Device)
大多數DAQ設備至少應每年由量測實驗室(metrology lab)校準一次。溫度變化也會影響量測的準確性。要減少溫度造成的干擾,您應該在DAQ設備上運行自我校準(self-calibration )。
有關更多校準的訊息,請參閱Calibration Solutions Overview
  • 測量模式不正確 (Improper Measurement Mode)

請務必在硬體和軟體設置中套用相同的量測模式。例如,差動模式 (DIFF)採用量測兩個類比輸入通道之間的差值。這兩端會用正極和負極標記,例如AI1 +和AI1-。Referenced Single Ended模式 (RSE)採用量測單個類比輸入端與接地之間的差值。接地標記為GND,類比輸入端則一樣是AI1。
確保在現實體設置和軟體配置中都使用相同的量測方式。在軟體中使用DIFF模式,卻使用AI1和GND進行量測 (RSE接線) 將產生非預期的量測結果。 Field Wiring and Noise Considerations提供您如何正確的接線以及檢查量測模式。
確保您使用的設備支援您正在使用的量測模式。請參閱設備的用戶手冊,並非所有模組都支持RSE。

  • 損壞的DAQ儀器 (Damaged DAQ Device)
如果DAQ儀器毀損,您有很高的機會收到不正確的讀數。如果您有E或M系列的儀器,您可以透過運行DAQ Diagnostic Utility來辨識毀損與否。否則,您應驗證在不同的機箱或系統之間的行為是否一致,以確認單個模組或卡是否已損壞。
  • 其他原因 (Other Reasons)
    • SCXI機箱、PXIe機箱或其他訊號處理單元上的保險絲融斷 (Blown fuses on your SCXI chassis)。
    • DAQ設備或訊號處理模組上的針腳彎曲 - 導致通道未連接等狀況。
    • 大偏壓電阻 - 導致類似高源阻抗之情形。
    • 軟體設置不正確 - 常見於使用可配置跳線訊號處理軟體 ( jumper configurable signal conditioning software);軟體設置應匹配跳線設置。
    • 驅動程序中的軟體損壞也可能導致意外的數值。嘗試強制重新安裝 (force reinstalling) DAQmx驅動程式。
    • 受測設備或傳感器產生不正確或意外的輸出值。使用示波器檢查您的受測設備或傳感器的輸出值,以查看意外行為是由NI設備還是第三方硬體引起的。
    • 當您的傳感器或受測設備輸出VDC時,您的NI設備可能正在讀取Vrms,這可能導致量測顯示不正確。請參閱設備規格表,了解輸出和輸入的量測類型。您可以透過將數據乘以√2來快速檢查,看看數據是否落在預期範圍值內。
    • 如果您在設備適配器接線版 (adapter break out board) 時,請注意適配器的終端編號可能與模組通道不匹配。請務必參考設備的引腳圖以及適配器的編號 (adapter indexing),以確保您觀察到正確的通道。
    • 有關如何解決其他潛在原因,詳情請參閱Why Do My Analog Inputs Seem to Float?
    • 您可能將NI模組連接到電流源而非電壓源,反之亦然。

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