关于模拟数据采集的设计权衡的分析与研究
模拟采集部分是所有数据采集系统的核心。微处理器、数字信号处理器、存储器、固件、软件驱动、操作系统和软件应用都可能构成一个系统的大脑，但它们实际上还是模拟电路。要针对某种应用建立一个有必要的速度、分辨率和精度的系统，需要寻找模拟数据转换器、运放、复用器和电压基准的正确组合。
图 1 是模数转换器（ADC）中通过基本模拟信号的路径。每个数据采集系统都要使用这种基本配置的某种形式。为每个元件所做的选择会影响到对其他元件的选择。
模拟信号路径开始于输入连接器。多数数据采集系统会在模拟电路前采用某种形式的电路保护。例如保险丝或箝位二极管等元件可以限制进入系统的电压或电流，以保护元器件不会损坏。
数据采集系统很少采用单一的测量通道。数字万用表（DMM）一般只有一个通道，但可以用继电器与 DMM 结合来增加通道数。数据采集系统（无论是插件板、USB 模块或独立系统）每个通道都可能有一个专用的 ADC，或只有一个 ADC，由复用器（mux）连接到多个通道。每个通道都有专用 ADC 使系统的所有通道可以同时采样。
在复用器之后（如果系统使用的话），可编程增益放大器（PGA）对来自传感器或其他信号源的输入电压进行放大或衰减，使之最佳地适配 ADC 的输入电压范围。有些系统可能采用第二只运放，它为输入信号增加了一个 DC 偏置电压。偏置电压用于使信号偏移，使之定位于 ADC 输入范围的中心。因此，ADC 输入电压范围就是选择 PGA 的主要因素。
也可以使用附加的箝位电路来保护 ADC。在 ADC 之前，大多数系统设计者都增会加一个低通抗混叠滤波器。这个滤波器用于限制信号路径的带宽，在 ADC 进行信号数字化以前尽可能减少混叠的最后机会。
要成功地数字化模拟信号，ADC 需要一个基准电压 Vref。有些 ADC 带有内部基准，而其他则采用外接基准源。
Keithley Instruments 公司的高级总工
程师 Kevin Cawley 说：“我们偏向于外接电压基准。我们认为，外接电压基准要比内置的更稳定。”
United Electronic Industries（UEI）的工程经理 Alex Ivchenko 进一步说：“如果你用外接基准，就可以通过控制 ADC 基准电压来调节输入路径的增益。如果输入电压太高，就需要提供一个更高的 Vref。”
ADC 的数字输出可以是串行方式，也可以是并行方式。串行总线能提供更好的模拟性能，因为在一个给定时间内只有较少的线路需要改变，可以尽量减少在电源与地线上的反跳，并降低了总系统噪声。但是，对于相同的位数，串行接口运行的时钟频率高于并行总线，因此,必须小心地发送信号以减少噪声。
ADC 的选择
ADC 的选择涉及很多必须考虑的设计权衡。数据采集系统中的多数 ADC 都采用逐次逼近型（SAR）或 Σ-Δ架构。一般来说，SAR 器件的速度高于 Σ-Δ ADC，但 Σ-Δ 架构有更高的分辨率。如果需要高于 18 位的分辨率，就需要 Σ-Δ 转换器。
