N22中華人民共和國國家標準數據采集軟件的性能及校準方法p2020-06-02發布2020-12-01實施國家市場監督管理總局國家標準化管理委員會ⅠGB／T38888—2020前言 引言 2規范性引用文件 3術語和定義、符號和縮略語 3.1術語和定義 3.2符號和縮略語 4測試軟件的通用性能要求 4.1測試程序和測量不確定度估計 4.2ADM的通用要求 4.3參數的描述 4.4可測量參數的測試方法 5硬件功能校準 5.2內建校準信息 5.3硬件調整的一般測量 6軟件校準方法 6.2校準應用程序編程接口（API） 6.4外部校準方法 7校準程序 附錄A（規范性附錄）通過方法B進行靜態測試的偽代碼和數值示例 附錄B（資料性附錄）ADM特征 附錄C（資料性附錄）模塊化系統不確定度的計算示例 ⅢGB／T38888—2020本標準按照GB/T1.1—2009給出的規則起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別這些專利的責任。本標準由中國機械工業聯合會提出。本標準由全國電工儀器儀表標準化技術委員會(SAC/TC104)歸口。本標準起草單位：哈爾濱電工儀表研究所有限公司、國網山東省電力公司電力科學研究院、國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院、丹東華通測控有限公司、廈門一希智能科技有限公司、國網四川省電力公司計量中心、云南電網有限責任公司計量中心、黑龍江省電工儀器儀表工程技術研究中心有限公司、浙江晨泰科技股份有限公司、國網天津市電力公司電力科學研究院、深圳市江機實業有限公司、深圳市科陸電子科技股份有限公司、許繼集團有限公司、深圳市星龍科技股份有限公司、華立科技股份有限公司、國網四川省電力公司電力科學研究院、國電南瑞科技股份有限公司、浙江萬勝智能科技股份有限公司、杭州西力智能科技股份有限公司、西安久鑫長物聯網科技有限公司。ⅣGB／T38888—2020引言全自動測量系統已廣泛應用在制造業測試、研究及涉及測量的各個領域。測量自動化實現了廣泛的數據共享、儀器間通信和遠程測量控制。多功能數據采集設備(則滿足了這些測量需求。依靠標準的計算機技術，使得測量系統開發人員能夠充分利用開放的計算機標準。進行的測量是準確并可溯源的。要保證測量完整性，不僅需要為測量硬件制定標準，而且還需要為校準硬件的軟件制定標準。1GB／T38888—2020數據采集軟件的性能及校準方法本標準規定了數據采集軟件的性能特征及校準方法。本標準涵蓋：制造商提供描述的模數轉換模塊(ADM)性能的最小規范；—用來驗證最小規范要求的標準試驗策略；存儲在上的ADM所需的最低校準信息；的ADM的外部校準和自校準的最低校準軟件要求。本標準適用于低頻信號轉換的示例：應用在設備控制、振動測量、振動診斷、聲學、超聲波測量、溫度測量、壓力測量、電力電子測量等方面的低頻信號轉換。2規范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T27025—2008檢測和校準實驗室能力的通用要求(ISO/IEC17025:2005,IDT)測量不確定度第3部分)半導體器件集成電路第4部分接口集成電路()IEC60748-4-3:2006半導體器件集成電路第4-3部分：接口集成電路模擬／數字轉換器的動力學標準(3術語和定義、符號和縮略語下列術語和定義適用于本文件。模數轉換模塊多功能數據采集設備的模擬輸入。應用程序接口標準化的子程序或函數集合以及程序能調用的參數。用于數據采集設備的應用程序接口允許程序員用來交互和控制設備的操作。GB／T38888—20203.1.3編碼轉換電平在兩個相鄰輸出編碼之間轉換點處的ADM的輸入參數值。注：作為一個輸入值的轉換點，這一輸入值會導致50%的輸出編碼小于轉換的上層編碼，50%大于或等于轉換的上層編碼。轉換電平T［k位于編碼k-和編碼k之間。3.1.4數據采集設備用于輸入或收集數據的設備。注：多功能依靠個人電腦（商用PC、工業PC、緊湊型PCI、筆記本等）進行控制。這些設備的設計目的為滿足測量系統的一般需求，而非用于特定類型的測量。DAQ通常提供多種測量模式，如模擬輸入、模擬輸出、數字輸入、數字輸出和計時器功能。本標準僅涉及DAQ的ADM。3.1.5臺階中心值步中心的模擬值。注：不包括模擬值總范圍兩端的步。對于步的末端，步中心值為當相鄰步轉換的模擬值被適當地減小或放大步長的標稱值一半時產生的模擬值。3.1.6標稱臺階中心值由相應的數字輸出編碼理想地表示并摒除錯誤的步內的規定模擬值。3.1.7額定工作條件在測量期間應滿足的一組條件，以確定測量不確定度參數的有效性。3.1.8模擬輸入值的小數范圍和相應的數字輸出值。3.1.9步長對應一步的模擬值范圍兩端之間差值的絕對值。3.2符號和縮略語下列縮略語適用于本文件。模數轉換模塊(應用程序接口(共模抑制比(數據采集設備(差分差分非線性(有效比特位數(積分非線性(最低有效位(非參考單端(23GB／T38888—2020個人電腦(參考單端(無雜散動態范圍(下列符號適用于本文件。V標稱滿刻度電壓范圍。VVV4測試軟件的通用性能要求4.1測試程序和測量不確定度估計提出的一組通用規范，針對不同制造商生產的ADM,可用于比較兩個的ADM。包含一組可以并行比較ADM功能的核心信息。應滿足它們發布的規范。如果需要驗證這些規范，可通過測試ADM的步驟來確認規范。的ADM的測量不確定度應符合4.2的規定。4.2ADM的通用要求描述ADM的最小子集基本參數應包括：—通道數量；—輸入類型；—滿量程輸入范圍；—過電壓保護；—分辨力；—采樣率；—輸入阻抗；—最大工作電壓；—額定工作條件?？蓽y量的參數應按照以下內容被測試：—不確定度的增益分量；—偏移；—共模抑制比；—增益和偏移的溫度漂移；—積分非線性；—差分非線性；—噪聲；—穩定時間；—通道切換誤差；4GB／T38888—2020—串擾；—模擬輸入帶寬。注：本標準不包含中高頻部分。中高頻的技術要求按IEC60748-4-3:2006處理。在輸入為正弦波信號時，還應測試以下參數：—信納比(SINAD);—有效比特位數(ENOB);—無雜散動態范圍(SFDR);—總諧波失真(THD);—信號與非諧波比(SNHR)。4.3參數的描述通道數量應為ADM支持的能同時或順序采樣的輸入信號數。輸入類型為輸入信號如何能被連接到ADM?？赡艿哪Ｊ桨ǎ簠⒖紗味?RSE)。在RSE連接中，的模擬輸入信號應參考于一個可被其他輸入信號共享的共同接地。非參考單端(NRSE)。在NRSE連接中，DAQ的模擬輸入信號應參考于信號局部接地。局部接地應與測量系統的模擬接地不同。差分(DIFF)。在差分連接中，的模擬輸入信號應具有自己的參考信號或信號返回路徑。帶差動輸入的ADM可將輸入阻抗指定為ADM的正輸入和負輸入之間的阻抗。帶差動輸入的ADM還可將輸入阻抗指定為正輸入和地之間或負輸入和地之間的阻抗。4.3.3滿量程輸入范圍應為通過總步數以恒定的精度進行編碼的模擬值的總范圍。滿量程輸入過電壓保護應對ADM輸入電路保護，以防潛在的損壞電壓。在上電和關機狀態時應顯示過電壓保護。過電壓保護應以伏特表示。分辨力應為模擬輸入量等效值能被辨別的程度（見IEC60748-4:1997中2.2.1)。數字分辨力用于表示總步數所需的位數（n見IEC60748-4:1997中2.2.2)。模擬分辨力為步長的標稱值見采樣率應為每單位時間的轉換次數。采樣率宜以每秒采樣數表示。4.3.7不確定度的增益分量不確定度的增益分量應為偏移量調整為零后，轉換圖中指定增益點處的實際電壓和理想轉換電壓5GB／T38888—2020之間的差值。不確定度的增益分量應以滿量程輸入范圍的百分數表示，并應包括所需的校準時間間隔偏移應為實際和理想的第一次轉換電平之間的差值（見圖B.3)。偏移應以ADM測量單位表示，宜注：第一個轉換電平為ADM輸出從0變為1的轉換電平。4.3.9共模抑制比（CMRR）共模抑制比應為在規定電路中，將規定的參考點和ADM輸入端子連接在一起時，該參考點和ADM輸入端子之間施加的電壓與產生相同輸出時ADM輸入端子之間所需的電壓之間的比率。注：共模抑制比宜以分貝表示，可取決于頻率。輸入阻抗應為ADM的信號輸入和信號共用線之間的阻抗。輸入阻抗應在ADM通電、斷電和隔離輸入限制過載的情況下規定。增益的溫度漂移應以每攝氏度滿量程輸入范圍的百分數表示。偏移的溫度漂移以每攝氏度的ADM測量單位表示。4.3.12積分非線性（INL）積分非線性(INL)應為偏移和不確定度的增益分量之間的差已被調整為零后，任何兩個相鄰步之間轉換的實際模擬值與其理想值之間的差值。INL應描述實際值和模擬量的理想值之間的差值。INL以LSB表示。差分非線性(DNL)應為實際步長與理想值的差值。DNL以LSB表示。最大工作電壓應為正常使用中宜施加于ADM的最高電壓。工作電壓宜在安全裕度的擊穿電壓以下。最大工作電壓應為實際信號電壓和共模電壓之和，以伏特表示。噪聲應為ADM輸出信號（轉換為輸入單元）與ADM輸入信號之間的偏差［不包括由線性時間不變系統響應（增益和相移）和直流電平偏移或采樣率偏差引起的偏差例如，噪聲包括隨機偏差、固定模式偏差、非線性，時基偏差（采樣時間和孔徑不確定度的固定偏差，也稱為抖動）以及內部數字信號對模擬部分的不良滲透的影響。噪聲以ADM測量單位表示。對于直流或極低頻輸入信號，用4.4.7測量方式描述系統噪聲時，不包括非線性和時基偏差的影響。SINAD和ENOB包括非線性和時基偏差的影響。4.3.16單通道測量的穩定時間單通道測量的穩定時間應為ADM達到一定精度并保持在精度內的所需時間。穩定時間應以達到6GB／T38888—2020給定精度范圍所需的秒表示。ADM應在單通道上測量步進信號來確定單通道測量的穩定時間。通道切換誤差應為通道之間切換ADM引入的最大幅值偏差。通道切換誤差以FSR的百分數表示。信納比對于純正弦波輸入，信納比(SINAD)應為ADM輸出信號在輸入頻率處的有效值幅值與ADM輸出中所有其他信號的有效值幅值之比（見IEC60748-4-3:2006中3.4)。注：SINAD信息宜在輸入和采樣頻率范圍內以一系列增益的形式提供。串擾應為另一個信道上存在信號而導致的信道中不希望出現的能量，可由感應、傳導或非線性等引起。串擾應為一個通道上輸出的有效值與另一個通道上輸入正弦波的有效值之比。串擾以dB表示。注：串擾信息宜在兩個通道和輸入頻率范圍內以一系列增益的形式提供。模擬輸入帶寬應為ADM在頻率范圍內傳輸信號而無顯著衰減的能力測量。模擬輸入帶寬宜在信號幅值減小到低于通帶頻率3dB的較低和較高頻率點之間測量。模擬輸入帶寬以Hz表示。有效比特位數(ENOB)應為內在噪聲和非線性而導致ADM分辨力的實際極限。ENOB為ADM工作時的理想ADM的位數（見IEC60748-4-3:2006中3.6)。注：有效比特位數信息宜在輸入和采樣頻率范圍內以一系列增益的形式提供。無雜散動態范圍對于正弦波信號，無雜散動態范圍(SFDR)應為輸入頻率達到最大持續值時，輸出信號的有效值與其他單個頻率輸出信號的有效值之比。SFDR以dB表示。對于正弦波信號，總諧波失真(THD)應為所有諧波功率的和。THD以表示。信號與非諧波比信號與非諧波比(SNHR)應為所有諧波信號功率與總噪聲的比值。SNHR以dB表示。注：4.3中輸入值指電壓信號。4.4可測量參數的測試方法編碼轉換電平的測量可用于確定多個ADM參數，例如：ADM傳遞函數、不確定度的增益分量、偏移量、INL和DNL。ADM品質因數隨輸入和時鐘頻率變化。它們應以接近預期使用頻率的頻率表征。當ADM用于7GB／T38888—2020測量時間變量時，宜進行動態表征。按IEC60748-4-3:2006中動態表征的測試方法，如果ADM用于測量緩慢變化的信號，則通過以下列出的靜態測試對ADM進行表征是充分和可取的。測試中，為測試所有編碼轉換電平，ADM采用可變直流輸入?？勺冎绷鬏斎胧怯煽删幊淘串a生的，其精度應至少比測量編碼轉換電平精度（P）高2倍?？删幊淘撮_始施加一個略低于ADM第一個轉換電平（T[1])期望值的輸入電平，對M個樣本進行記錄，大于或等于編碼1的樣本數將被計數。如果計數值小于M/2,則輸入電平增加2P，不斷重復該過程，直到找到第一個轉換電平(的樣本數大于或等于輸出編碼1)。后續的編碼轉換電平通過向被試ADM施加連續輸入電平進行確定。對于每個編碼轉換電平，大于編碼k的編碼百分比將被評價，如果編碼百分比小于則輸入電平將被提高2P。當百分比大于時，該轉換電平視作已通過。通過基于最后兩個施加的輸入電平的記錄和百分比的線性插值來計算編碼轉換電平。用于確定轉換電平T［k的起始點是T［k］的轉換電平測量碼。由于噪聲不可避免地存在，編碼轉換電平的位置是一個概率過程。測量結果應具有相關的標準偏差。選擇更大的樣本數記錄長度（M）能減少結果的不確定度。表1給出了具有3σ置信水平的結果精度，以噪聲標準偏差的百分比表示（考慮零均值的高斯并計算了多個記錄長度。宜選擇P可編程源的增量為1/4LSB。注意在本測量過程中，開始采集數據之前，應在輸入源的變化之間至少等待其穩定時間。注意確?？删幊淘吹妮敵鲎杩购虯DM的輸入阻抗不會影響測量結果。表1針對不同記錄長度的編碼轉換電平的估計精度樣本記錄長度M編碼轉換電平的估計精度（噪聲標準差的百分數表示）23%12%6%采用該流程，編碼轉換檢測之間的平均嘗試次數約為Q/2P，其中Q是ADM的分辨力。由于要找到2n-1個編碼轉換電平，并且應在每個增量之后應采用M個樣本，所以，如果對高分辨力轉換器進行測試（n大并且／或者噪聲有效值與量化步長相比較大（M大就可能導致在測試期間的大量樣本需求。采用在遞增的直流偏移電平上疊加小幅值三角波，作為測試信號，并使用直方圖程序2。通過逐步增加偏移電平（cj）來掃描輸入范圍（圖1)。分別與轉換器范圍和轉換速率相比，小振幅和小斜率產生準靜態試驗條件。獲取相同不確定度所需的樣本數遠低于靜態測試（見4.4.1.2)。此外，校準器直流電平的變化數數量級減少。由于源穩定的總等待時間相應減少，測試持續時間將大幅減少。單個ADM測試時間能從幾個小時縮短到幾分鐘。測試程序的復雜性將提高。通過方法B進行靜態測試的偽代碼和數值示例見附錄A。校準的線性信號（三角波）用于在ADM范圍內實現均勻的激勵條件。通過使用幅值遠低于ADM滿量程的單獨信號，放寬了對三角波發生器線性失真的約束。通過在Ns步內采用相同小幅值三角波，GB／T38888—2020但偏移電平Cj［j測試流程如圖2所示。首先，設置儀器。在每個Ns步中，ADM獲得幅值為A的小三角波的M個樣本數的R個記錄。為了讓M個均勻分布的相位被采樣，選擇采樣頻率fs和小波頻率f。采樣頻率fs和小波頻率f之間的關系見式（1）：式中：f—小波頻率；J—M的互質整數；fs—采樣頻率；M—樣本數。J為M的互質整數。M和J沒有共同因子（最大公約數為1且按照推薦頻率，在一次記錄中有J個循環。如果M是2的冪，則J的任何奇數值滿足互質條件。為了偏移量Cj的值連續增加，數據采集被重復Ns次。利用每步中獲得的樣本，計算累積直方圖CHj［k］。通過對輸出編碼等于或小于編碼k的樣本數進行計數，獲得累積直方圖的第k類的值。連續累積直方圖的示例在圖3中針對5位ADM和具有4步的測試中給出。數值示例見附錄A。說明：T—具有轉換電壓的向量；C—偏移量；Ns—相同步的步數；Δs—每步激勵的范圍；A—小波幅值；的位數；v—電壓；t—時間。8圖1應用于ADM的測試信號9GB／T38888—2020對于每步j，具有轉換電壓的向量按式（2）計算：j式中：T—具有轉換電壓的向量；j—步數jk—編碼nC—偏移量；A—小波幅值；CH—累計直方圖；R—記錄數；M—樣本數。在所有步完成之后，Ns轉換電壓陣列被組合成單個陣列（T［k。每個Ns步中都需要超速以及激勵信號的不準確性導致一些位在兩個連續步中計算得到兩個值（圖3）。在這種情況下，選擇距離步極限最遠的值用于組合陣列，由于導數的不連續性，三角波在波包含獲得轉換電壓k的步長指數j。最終的轉換電壓向量按式（3）計算：式中：T—具有轉換電壓的向量；k—編碼nj—步數j具有編碼位寬度的向量按式（4）計算：式中：W—具有編碼位寬度的向量；k—編碼nT—具有轉換電壓的向量。GB／T38888—2020說明：j—步數Ns—相同步的步數；C—偏移量；T—具有轉換電壓的向量；Δs—每步激勵的范圍；CH—累計直方圖；k—編碼n的位數；A—小波幅值；R—記錄數；M—樣本數。圖2測試程序GB／T38888—2020說明：M—樣本數；CH—累計直方圖；k—編碼的位數。圖3在5位ADM和4步測試的情況下，每步中計算的累積直方圖用不同灰度色調表示在測試設計中，主要參數值應包括：—小三角波的幅值A；第j步中的偏移量cj；—每個記錄中的樣本數M；—小三角波的頻率f。a）小波幅值（A）小三角波的幅值A：—應足夠小，以允許函數發生器的低線性度；—應包含一個超速，以提高準確性并激勵第j步中的所有編碼。三角形發生器的非線性（NL）為實際和理想三角波之間的最大差值，歸一化為理想三角波的幅值。考慮n位ADM的分辨力，當為該誤差為最大值Bi，三角波幅值A的相應邊界計算見式中：A—小波幅值；B—具有編碼位寬度的向量；i—變量i的分辨力；NL—三角形發生器的非線性；Amax—小波最大幅值。Q按式（6）計算：式中：的分辨力；T—具有轉換電壓的向量；的位數。測試所需的超速轉換電壓宜按式（7）計算：GB／T38888—2020式中：V—超速轉換電壓；σ—輸入等效噪聲的標準偏差；B—具有編碼位寬度的向量；i—變量i的分辨力。Bi以最低有效位（LSB）表示。小三角波的幅值按式（8）計算：r式中：A—小波幅值；V’r—降低的滿量程電壓，擴大在ADM不確定度的增益分量和偏移中的占比；V—超速轉換電壓；eA—誤差；r—變量；Amax—小波最大幅值。“min”函數中的第二項對應小三角波幅值允許的最大值Amax，避免引入大于Bi的轉換電壓的估計誤差。變量eA和rA表示函數發生器產生的小三角波幅值的誤差和分辨力。由于儀器的分辨力有限，即使在幅值中存在誤差eA，并且其值被r一項對應的是僅一步時使用和在三角波的非線性非常小時使用（NL→0，Amax→∞）。即使在幅值上存在－eA的錯誤，或者如果它被r量V’r減少了ADM滿量程電壓，Vr=VFSR-Q，并擴充已計入ADM本身的增益（EG）和偏移（E0）中可能存在的誤差。變量V’r按式（9）計算：式中：V’r—降低的滿量程電壓，擴大在ADM不確定度的增益分量和偏移中的占比；Vr—降低的滿量程電壓；E0—不確定度的偏移分量；EG—不確定度的增益分量。即使存在±E0的偏移誤差和EG的增益誤差，則激勵信號的幅值將足以跨越所有轉換電壓。b）偏移（cj）每步激勵的電壓范圍的最大值△smax按式（r式中：—每步激勵的電壓范圍的最大值；V—超速轉換電壓；—由DC發生器產生的三角波的偏移值的誤差；r—由DC發生器產生的三角波的偏移值的分辨力。對于相同步，Ns步數按式（11）計算：式中：Ns—相同步的步數；GB／T38888—2020大于x的最小整數；V’r—降低的滿量程電壓，擴大在ADM不確定度的增益分量和偏移中的占比；—每步激勵的電壓范圍的最大值。每步激勵的范圍按式（12）計算：式中：△s—每步激勵的范圍；—降低的滿量程電壓，擴大在ADM不確定度的增益分量和偏移中的占比；Ns—相同步的步數。在第j步中應用的偏移量cj是激勵范圍的中點。偏移量cj按式（13）計算：·j式中：c—偏移量；j—步數jT—具有轉換電壓的向量；△s—每步激勵的范圍。c）樣本數（M）樣本數M應：—足夠低以限制輸入和采樣頻率的不確定度的影響；—足夠高以限制隨機噪聲的影響。只要涉及第一個不確定度源，就應確定M的更高邊界。M的邊界取決于三角波的輸入頻率f差ερ的邊界。相對誤差ερ按式（14）計算：式中：ερ—相對誤差；D—信號周期的采集數；M—樣本數。由于該測試宜在準靜態條件下進行，采集應在激勵信號的一個周期內（D=1）進行。通過替換）：式中：M—樣本數；εfs—采樣頻率的精度；εf—輸入頻率的精度。式中：M—樣本數；GB／T38888—2020εfs—采樣頻率的精度；εf—輸入頻率的精度；的整數部分。激勵三角波的頻率可按式（17）計算：fs式中：f—激勵三角波的頻率；fs—采樣頻率；M—樣本數。只要涉及第二個不確定度源，應從累積直方圖導出的轉換電平的三個主要噪聲因素：σ，σφ和激勵信號與采樣時鐘之間的隨機相位差。實現轉換電平上的給定不確定度邊界Bu的最小記錄數應按式中：Rmin—最小記錄數；Ku—覆蓋因子；Bu—不確定度邊界；A—小波幅值；的分辨力；σ—加性噪聲；σφ—相位噪聲；M—樣本數。4.4.2不確定度的增益分量按4.3.7和4.4.1測試不確定度的增益分量。如果僅不確定度的增益分量和偏移將被測量，宜使用E式中：EG—不確定度的增益分量；T—具有轉換電壓的向量；的位數；V—實際滿量程電壓范圍。按4.3.8和4.4.1測試偏移。如果僅測量不確定度的增益分量和偏移，宜使用方法A（參見附錄B式中：E0—不確定度的偏移分量；T—具有轉換電壓的向量；的分辨力；V?負滿量程電壓。GB／T38888—20204.4.4增益和偏移的溫度漂移按測試增益和偏移的溫度漂移，使用中列出的測試方法。按式（21）計算，計算的數值示例見附錄A：如果單個值用于注2：式（21）用于在LSB中獲得INL。式中：INL—積分非線性；k—編碼nTcorr—增益和偏移校正之后的轉換電壓；T—轉換電壓的理想值；的分辨力。校正了不確定度的偏移和增益分量的估計轉換電壓Tcorr［k］按式（22）計算：式中：Tcorr—增益和偏移校正之后的轉換電壓；k—編碼nV?負滿量程電壓；的分辨力；T—具有轉換電壓的向量；V—實際滿量程電壓范圍。式中：T—轉換電壓的理想值；k—編碼nV?負滿量程電壓；的分辨力。對于單極AMD的VFS-=0。式中：Tcorr—增益和偏移校正之后的轉換電壓；V?負滿量程電壓；的分辨力；GB／T38888—2020的位數；V—實際滿量程電壓范圍。按4.3.12和4.4.1規定測試差分非線性。如果中等或高分辨力ADM被測試（位數大于8宜使用方法B。計算的數值示例見附錄A。如果單個值用于注2：式（25）用于在LSB中獲得DNL。式中：DNL—差分非線性；W—具有編碼位寬度的向量；的分辨力。用于ADM噪聲測量的測試方案如圖4所示?？?-口圖4用于ADM噪聲測量的測試方案輸入電壓發生器應提供低噪聲直流信號。直流電壓應能設置為ADM滿量程范圍內的任何指定值。被測量的ADM的溫度被設定為指定值。輸入端子以及其他端子按規定連接。其他附加網絡按指定連接。除非另有規定，否則應進行調整以最大限度地減少偏移和ADM的不確定度的增益分量。選擇一系列ADM編碼進行測試。直流輸入電壓應設置為被測試的ADM編碼范圍內的第一個指定值。測量每個直流輸入電壓的M個樣本（x1j和x2j，其中j到的輸出編碼的記錄用于后續分析。對每個剩余的指定DC值重復此操作，指定值跨越所選擇的ADM編碼。每個編碼結果讀數的標準差按式（26）計算：GB／T38888—2020 M\jj M式中：σ—標準差；M—樣本數；j—步數jx—樣本。連續記錄中同一位置出現的固定模式偏差將通過減法消除。施加的直流輸入電壓的最大標準偏差代表噪聲。按IEC60748-4-3：2006中5.1.3的規定測量信納比、有效比特位數和無雜散動態范圍。按IEC60748-4-3：2006中5.1.1.3規定的電路、峰-峰值應接近但不超過ADM所規定的滿量程輸入的正弦輸入信號。按IEC60748-4-3：2006規定的測試方法，存儲所得到的輸出編碼的記錄，并且對這些記錄應用傅里葉變換來分析ADM輸出頻譜。SINAD、ENOB和SFDR的參數計算如下：—輸出信號的有效值：根據輸入信號頻率下ADM輸出的幅值確定。分量從記錄的傅里葉變換獲得。—噪聲的有效值（包括諧波失真除了DC項和輸入頻率之外，根據輸出的所有項的平方和的根確定。分量從記錄的傅里葉變換獲得。—其他最大單獨分量的有效值：除了輸入信號的基波之外的最大分量的有效值。分量從記錄的傅里葉變換獲得。信納比的值（單位：dBSINAD=20lg（輸出信號的有效值／噪聲的有效值）給出。有效比特位數—無雜散動態范圍（單位：dBSFDR=20lg（輸出信號的有效值／單獨其他噪聲的最大有效值）。注1：輸出編碼結果的相同記錄和傅里葉變換的結果將被用于計算本條款中提到的所有參數。注2：為了提高測試精度，獲取多個測試記錄，計算相應的傅里葉變換并對與傅里葉變換的每個分量對應的值進行平均，以獲得平均傅里葉變換。4.4.9模擬輸入帶寬按IEC60748-4-3：2006中5.1.3的規定計算模擬輸入帶寬。為了確定模擬輸入帶寬，定位測量信號幅值比通帶頻率低3dB的點。這一點代表模擬輸入帶寬。確定ADM的通道切換誤差，提供輸入電平接近但不超過ADM的最大和最小輸入電平的源。通道切換誤差測試按下列測試步驟進行：a）將低于ADM的正滿量程輸入約10%的信號連接到ADM的一個通道；b）將高于ADM負滿量程輸入約10%的信號連接到ADM的第二個通道；c）給ADM編程以便從第一個通道在理想的采樣率上獲取多個數據點，這些數據點的平均值表示ADM測量接近正滿量程信號而不受切換影響時的返回值；d）給ADM編程以便從第二個通道在理想的采樣率上獲取多個數據點，這些數據點的平均值表示ADM測量接近負滿量程信號而不受切換影響時的返回值；GB／T38888—2020e)給ADM編程使得兩個通道切換，在理想的采樣率上獲取多個數據點，這將強制ADM在兩個差別很大的輸入值之間切換，顯露由切換引起的誤差，通過每個通道獲取平均數據；f)c)步和d)步中的單通道值與e)步的值之間的差表示由開關引起的誤差，兩個數字的模數的較大值表示在選定的采樣頻率下的最壞情況的通道切換誤差；g)通道切換誤差隨ADM輸入范圍和采樣頻率而變化，對于不同的采樣頻率和輸入范圍，可重復列出測試步。4.4.11單通道測量的穩定時間偏差單通道測量的穩定時間偏差測試按IEC60748-4-3:2006中5.1.6執行。4.4.12測量不確定度估計DAQ測量所產生的標準不確定度是組合標準不確定度。由DAQ所產生的測量不確定度是使用ISO/IECGUIDE98-3:2008(GUM)中給出的規則來計算的。一般做法是使用擴展的不確定度來定義測量結果可能落入的區間。推薦的覆蓋因子“k”為2。一般性示例參見附錄C。通過將不確定度的增益分量和偏移（以及適用它們的溫度漂移）、積分非線性的最大值和噪聲的有效值進行組合，來計算直流或極低頻輸入信號的測量不確定度。由于這些不確定度因素可根據不同的測量模式或隨著時間的推移而變化，DAQ制造商宜以一種易于理解的格式提供這些規格，如表2所示。測量不確定度估計的ADM參數規范示例標稱范圍V不確定度的增益分量%FSR偏移INL(LSB)噪聲（以μV表示的有效值）增益的溫度漂移%FSR/℃偏移的溫度漂移正FSFS5-501901-181465001-0.14810720注：要比較的標準和用于比較的方法的不確定度包含在“不確定度的增益分量”“偏移”和“INL”列中。注：在直流或極低頻輸入信號下，測量不確定度估計的一般性示例參見附錄C。5硬件功能校準ADM應支持調整其測量精度和存儲校準信息的方法。這些特性應確保ADM可進行校準以保持精度。5.2內建校準信息為了保持校準的完整性，ADM及其相關的應用編程接口(API)或軟件驅動程序宜在外部校準期間存儲基本校準信息，這些信息被電子密封鎖定，包括：—校準常數—這些常數用于調整ADM的測量精度；—校準日期—通過校準設備執行的最后一次外部校準的日期；GB／T38888—2020—校準計數—通過校準設備在裝置外部校準的次數；—密碼—支持通過一個API而不是通過電位器等手動裝置進行校準的ADM,需要提供校準常數的保護，密碼保護可防止篡改校準常數，該密碼保護稱為“電子密封”；—校準溫度—在進行外部校準時的ADM溫度，校準溫度以攝氏度表示。如果ADM支持自我校準或內部校準，則還可存儲以下信息：—校準日期—ADM執行自校準的日期；—校準計數—設備自校準次數；—校準溫度—執行自校準時的ADM溫度，校準溫度以攝氏度表示。5.3硬件調整的一般測量ADM應有一種方法來調整其測量值，以補償時間和環境對測量精度的影響。可在ADM上進行調整，也可在ADM軟件中進行調整。無論在何處進行調整，為了降低測量的不確定度，ADM可支持某些硬件功能。硬件校準可包括：—溫度傳感器—溫度傳感器監測ADM經歷的溫度變化。測量系統開發人員能根據需要利用校準API讀取溫度并自動校準ADM。校準API在外部校準和自校準中也使用溫度傳感器，用來確定ADM的溫度?！獌冉ㄐ盘柣鶞省谧孕势陂g使用信號基準以便計入環境變化調整ADM的測量值。為了補償環境影響并保持測量精度，ADM可進行自校準。自校準不需要與ADM的任何外部連接。相反，ADM包含調整其自身測量所需的所有硬件。與自校準有關的硬件包括：—信號基準；—地基準；—溫度傳感器。在自校準期間，通過ADM測量地基準或信號基準。ADM調整自己的測量值，計入被測值和基準的實際值之間的差異。通過外部校準確定內建基準并使其可追溯。6軟件校準方法ADM應寫入軟件來驗證和調整其測量能力。為了提供一個合格的接口去實現驗證和調整，ADM制造商應提供一個API。如果適用，校準API應支持ADM的外部校準和自校準。6.2校準應用程序編程接口（API）校準API用于更新校準常數、校準日期等的軟件接口。應提供API,以供測量系統開發人員對ADM進行實際驗證和調整。校準API可支持以下功能：—外部校準ADM;—自校準ADM;—驗證ADM完成的測量；—從ADM中檢索校準日期，在適用的情況下，包括檢索外部校準日期和自校準日期；—從ADM中檢索校準計數，在適用的情況下，包括檢索外部校準計數和自校準計數；GB／T38888—2020—從ADM中檢索校準溫度，在適用的情況下，包括檢索外部校準溫度和內部校準溫度；—更改ADM的校準密碼。自校準為測量ADM的自帶基準，應按基準來校正ADM的測量值。自校準不影響可追溯性，不需要密碼來執行自校準。如果ADM支持自校準，校準API應提供一種簡單方法用來執行自校準。測量系統開發人員應編寫校準API自校準ADM的軟件。自校準軟件可包括：—一個單獨功能，即一步調整插件式測量系統的所有測量模式、范圍和通道；—一組功能，即可獨立調整每個范圍、模式或通道。當進行自校準時，校準計數、日期、溫度等自校準信息將被自動更新。6.4外部校準方法外部校準應按外部基準調整ADM的測量值，這種類型的調整提高了測量精度并確保測量的可追溯性。外部校準應確保ADM的可追溯性，密碼保護應“電子密封”校準信息。為了執行外部校準，測量系統開發人員應使用校準API來編寫調整軟件。測量系統開發人員應使用ADM的校準程序作為編寫調整軟件的指南。外部校準應：a)要求測量系統開發人員在更改任何校準信息之前輸入密碼或以某種方式取消對ADM的保護；b)依據外部的可溯源標準器更新內建基準；更新ADM使用的校準常數；d)在調整程序結束時自動更新ADM的外部校準日期；e)在調整程序結束時自動更新ADM的外部校準計數；f)在調整程序結束時自動更新ADM的外部校準溫度。7校準程序ADM應配備詳細的校準程序，用以解釋說明外部校準程序。校準程序應提供有關如何驗證ADM規范以及在必要的情況下如何調整ADM的測量能力的信息。校準程序應符合GB/T27025—2008中的相關要求。GB／T38888—2020附錄A（規范性附錄）通過方法B進行靜態測試的偽代碼和數值示例滿量程電壓（V）位數理想的編碼位長度理想的編碼位長度雙極型第一次轉換電壓ADC（V）輸入設備噪聲（V）最大允許錯誤過電壓三角波非線性最大三角波幅值最大步長步數步長三角波幅值三角波頻率相對誤差采樣頻率相對誤差樣本數樣本頻率三角波頻率置信水平）最大允許不確定度（LSB）相位噪聲記錄數TSLCal=0.1TSLWG=0.1Fork=0to2^N-1CH［k］=0NextWGAddress=20CalAddress=21校準器的輸出穩定時間（s）波形發生器的輸出穩定時間（s）對于每個輸出編碼初始化累積直方圖波形發生器的GPIB地址校準器的GPIB地址設置波形發生器的功能設置三角波幅值GB／T38888—2020打開波形發生器的輸出Wait（TSLWG）等待校準器的輸出解決打開校準器的輸出Forj=0toNs-1對于每一步設置三角波偏移Wait（TSLCal）等待校準器的輸出解決Forr=0toR-1對于每一條記錄獲取樣本MFori=0toM-1對于每一個樣本計算累計直方圖NextNext計算轉換電壓Next關閉波形發生器輸出關閉校準器的輸出A.3通過方法B（見4.4.1.3）進行靜態測試中“將NS轉換電平組在每個j步確定第一個和最后一個激勵編碼。Forj=0toNs-1Fork=0to2^N-1ExitforEndifNextFork=2^N-1to0step-1ExitforEndifNextNext確定從每步中刪除的編碼。使用一步中激勵的最后一個編碼和下一步中激勵的第一個編碼之間的平均值。Forj=0toNs-1-1GB／T38888—2020NextFirstCode[0]=0LastCode[Ns-1]=2^N-1//根據前一循環中確定使用的第一個和最后一個編碼，從包含計算的轉換電壓的部分向量每步中，構建包含轉換電壓的最終向量。Forj=0toNs-1NextNext//計算編碼位寬度。Fork=1to2^N-2W[k]=Tfinal[k+1]-Tfinal[k]NextA.4通過方法B（見4.4.1.3)計算靜態測試的測試條件的數值示例測試條件為：—雙極ADM非過零；V計算方法為：a)降低滿量程電壓對于非過零5位（n）和20V滿量程（VFSR)的雙極DAQ,理想編碼位寬度按式(A.1)計算：式中：的分辨力；V—實際滿量程電壓范圍；的位數。降低的滿量程電壓按式(A.2)計算：式中：Vr—降低的滿量程電壓；V—實際滿量程電壓范圍；的分辨力。b)最大激勵信號幅值例如，如果由三角波非線性引起的最大允許誤差是0.007LSB（Bi則最大三角波幅值Amax應是非線性度0.17%(NL),Amax按式(A.3)計算：GB／T38888—2020式中：犃max—小波最大幅值；—實際滿量程電壓范圍；的分辨力；NL—三角形發生器的非線性。超速轉換如果相加噪聲作為0.1V(σ)的標準偏差，那么所需的超速轉換電壓按式(A.4)計算：\\]式中：—超速轉換電壓；σ—標準差；—實際滿量程電壓范圍；的分辨力；d)降低的滿量程電壓，擴大在ADM不確定度的增益分量和偏移中的占比降低的滿量程電壓，擴大在0.01V（犈G)的ADM不確定度的增益分量和0.01V（犈0)的ADM偏移中的占比，按式(A.5)計算：式中：犞′r—降低的滿量程電壓，擴大在ADM不確定度的增益分量和偏移中的占比；犞r—降低的滿量程電壓；犈G—不確定度的增益分量；犈0—不確定度的偏移分量。激勵信號幅值使用最大幅值不確定度為5.92分辨力為0.1的函數發生器，產生的激勵信號幅值按式(A.6)計算：式中：犃—小波幅值；犞′r—降低的滿量程電壓，擴大在ADM不確定度的增益分量和偏移中的占比；—超速轉換電壓；—最大幅值不確定度；狉A—分辨力；犃max—小波最大幅值。輸出值為10V。計算犃后，如果需要，可以計算出一個新的誤差值。f)步數和偏移電壓GB／T38888—2020rC）的直流電壓發生器，產生的激勵信號幅值式中：—激勵信號幅值。式中：Ns—步數；VIr—降低的滿量程電壓，擴大在ADM不確定度的增益分量和偏移中的占比；—激勵信號幅值。每步中被激勵的確切范圍按式（A.9）計算：式中：Δs—每步中被激勵的幅值范圍；r—降低的滿量程電壓，擴大在ADM不確定度的增益分量和偏移中的占比；Ns—步數。在第j步中應用的偏移量cj按式（A.10）計算：j式中：c—偏移量；j—步數jg）樣本數激勵信號（εf）和時鐘（εfs）的相對頻率不確定度值為25×10-6，一次能獲取的最大式中：M—樣本數；εfs—采樣頻率的精度；εf—輸入頻率的精度。h）激勵信號頻率100kHz的采樣頻率fs的激勵信號頻率按式（A.12）計算：f式中：f—激勵信號頻率；fs—采樣頻率；M—樣本數。i）記錄數的概率以及對于1mV（σφ）的相位噪聲標準偏差，要獲取的最小記錄數按式（A.13）計算：GB／T38888—2020式中：Rmin—最小記錄數；Ku—覆蓋因子；A—小波幅值；Bu—不確定度邊界；的分辨力。使用的記錄數按式(A.14)計算：式中：R—記錄數；Rmin—最小記錄數。計算結果見表A.1。表A.1導出小三角波的幅值（A）和偏移（cj）、每個記錄的樣本數（M）和記錄數（R）降低的滿量程電壓Vr(V)最大激勵信號幅值（對于非線性三角波）Bi(LSB)NLAV)超速轉換V)01VOD(V)降低的滿量程電壓，擴大在DAQ不確定度的增益分量和偏移中的占比EG(V)E0(V)V’r(V)激勵信號幅值rV)A(V)步數和偏移電壓rV)GB／T38888—2020NsΔV)C0(V)-7.269C1(V)-2.423C2(V)C3(V)樣本數-6s-6M激勵信號頻率f)記錄數KuR8按4.4.1.3要求計算得到的直方圖測試結果和相應轉換電壓如表A.2所示。28表A.2直方圖測試結果和用方法B在4步中測試的5位ADM的相應轉換電壓28編碼直方圖累積直方圖轉換電壓(V)kH2［kTTTT00000001000000-9.6805-9.68052000000-9.0344-9.03443000000-8.3848-8.38484000000-7.7324-7.73245000000-7.0996-7.099660000-6.4507-6.450770000-5.8082-5.7983-5.798380000-5.1691-5.1571-5.157190000-4.5097-4.5138-4.509700700-3.8755-4.0049-3.875500000-3.2315-3.231500000-2.5714-2.571400000-1.9351-1.9351000-1.2834-1.2834000-0.6423-0.6464-0.6464000-0.00030000000編碼直方圖累積直方圖轉換電壓(V)kH2［kTTTT00000000600600000000000000000000000000GB／T38888—2020通過表A.2的最后一列中顯示的已獲得的轉換電壓，可以計算不確定度的增益分量和偏移。使用式(6)計算ADM的分辨力，計算的數值示例見式(A.15):式中：的分辨力；T—具有轉換電壓的向量；的位數。使用式(19)計算不確定度的增益分量，計算的數值示例見式(A.16):En=-0.0137V式中：EG—不確定度的增益分量；T—具有轉換電壓的向量；的位數；的分辨力；V—實際滿量程電壓范圍。使用式(20)計算偏移，計算的數值示例見式(A.17):E0=（T[1]-Q/2)-VFS-式中：E0—不確定度的偏移分量；T—具有轉換電壓的向量；Q—ADM的分辨力；V?負滿量程電壓。性INL［K］、位寬W［K］、最終的差分非線性DNL［K所有這些參數的計算見式(21)~式(25)。表A.3從測量的轉換電壓導出INL和DNLKT［K］TVTVINL［K］(LSB)W［K］/VDNL［K］(LSB)012-9.0344-9.0411-9.06313-8.3848-8.3911-8.43854GB／T38888—2020kTkVTkVkLSB）kLSB）5-7.09966-6.4507789-4.5097-4.5132-4.6909-3.8786-4.0663-3.2341-2.5714-2.5736-2.8171-2.1925-0.6464-0.6472-0.9433-0.3187使用表按式式中：Tcorr—增益和偏移校正之后的轉換電壓；2n-1V?負滿量程；GB／T38888—2020Q—的分辨力。T式中：Tcorr—增益和偏移校正之后的轉換電壓。T式中：T—轉換電壓的理想值；2n-1V?負滿量程；Q—的分辨力。T式中：T—轉換電壓的理想值。按式計算：式中：INL—積分非線性；2n-1Tcorr—增益和偏移校正之后的轉換電壓；T—轉換電壓的理想值；Q—的分辨力。式中：INL—積分非線性；Tcorr—增益和偏移校正之后的轉換電壓；T—轉換電壓的理想值。式中：W—具有編碼位寬度的向量；k—編碼nT—具有轉換電壓的向量。GB／T38888—2020式中：W—具有編碼位寬度的向量；T—具有轉換電壓的向量。按式計算：式中：DNL—差分非線性；W—具有編碼位寬度的向量；Q—的分辨力。式中：DNL—差分非線性；W—具有編碼位寬度的向量。GB／T38888—2020附錄B（資料性附錄）ADM特征可以使用面向用戶的定義來表征ADM：位數（n—傳遞函數的類型（單極性、雙極性過零或雙極性不過零或一個面向技術人員的定義：位數（n這兩組信息的關聯方式