使用USB進行測試和測量的優勢

USB由於具備下麵幾個優勢，從而成為使用者開發測試和測量測量應用的簡單選擇。

真正的即插即用：使用標準的低成本線纜簡單地將數據采集模塊和PC的USB端口相連。當模塊插入時，PC會自動識別該模塊，並安裝必要的軟件來操作該模塊。這種連接方式極大地減少了啟動時間。

不再需要打開PC機箱來添加電路板
、配置跳線開關和中斷設置、搜索正確的設備驅動程序或者重啟係統，而是簡單地將傳感器連接到模塊上就不用管了。幾分鍾內，就可不斷獲取數據、溫度、壓力、聲音等任何所需信息。

更少地被PC的噪聲影響：USB數據采集模塊為噪聲敏感的測量應用帶來性能優勢。因為USB線纜通常長度是1至5米，I/O電路距離計算機的充滿電磁噪聲的主板和電源距離更遠，而距離要測量的傳感器更近。

全速和高速傳輸速率：具有USB1.1端口的計算機能夠從USB數據采集模塊輸入和輸出數據，傳輸速度最高達到12Mbps。這種全速速率對於數據流應用很有用，能夠支持高達400KHz的數據采集速率。
對於高性能的應用，必須確保PC有一個高速的USB2.0端口。憑借 USB2.0，就能夠在PC和USB數據采集模塊間以最高達480Mbps的速度傳輸數據。這種增加的帶寬允許同時執行多路I/O操作，每路的流量速率可以高達500kHz，這種方式與PCI測量係統相似。

節約成本：許多USB數據采集模塊包含可移除的終端模塊或BNC連接器，這些器件用來方便地處理所有的用戶I/O連接。這種設計不僅僅使用方便，而且節省成本，因為你不再需要購買可選的螺絲固定的終端配件。

便攜性：USB數據采集模塊體積很小

，方便攜帶，這使得使用者甚至能把最複雜的的測試與測量應用帶出實驗室，搬入現場。

容易擴展：使用低成本的擴展集線器和USB線纜，最多能連接127個數據采集模塊到一個USB端口上。

可熱插拔：USB數據采集模塊能在計算機運行時安裝或移除。隻是使用時插上設備，完成工作後拔出設備，不需要關計算機了。因為USB模塊能自己計數和自己識別，當模塊插上後，設備驅動自動加載；當設備拔出後，設備驅動自動卸載。

簡單的電源連接：USB數據采集模塊能通過USB總線或通過簡單連接到外部電源獲得供電。低耗電的模塊在5V電壓下吸收少於100mA的電流，可通過USB線纜獲得供電。自身供電的模塊在5V電壓下吸收高達500mA的電流
，使用模塊自己的電源。

USB用於測試與測量的潛在危險

盡管USB提供了許多優勢，但不是所有的USB數據采集模塊都能采取一樣的的方式進行設計。根據應用不同
，可能存在潛在的危險

，一款USB模塊設計可能造成災難性的後果。

不像PCI電路板具有到PC背板的距離很短的真實的地係統
，USB模塊在線纜兩端有距離很長的地連接(最長達5米)和有源電路。如果模塊設計得不合適，這可能導致係統鎖死
、性能不穩定和電磁幹擾，這對噪聲敏感的測量是個重大問題。

在選擇USB數據采集模塊之前，針對目標應用考慮以下一些問題：

數據采集模塊易受靜電放電(ESD)
、閃電或來自馬達、開關設備或其他設備的電源浪湧的影響？

該應用是否涉及到具有不同地電位的電壓
？

該模塊將在良好的環境下工作
？

如果對以上問題1或2的答案是肯定的，就需要確保你的係統具有隔離措施。隔離能保護PCmianshousunhai
，tongguozaidianlujianwuligelidianqilianjielaibaohunideshujuwanzhengxing

，jixianzhikenengyouhaidedianyahuodianliujingguonidexitong。yeketongguogeixitongtianjiaxinhaotiaolipeijianlaitigonggeli，zheyangjiagehuihenanggui，huozheyikaishijiuxuanzedaigelideUSB數據采集模塊。

我們來更仔細分析這些應用環境，從每個案例中了解隔離的作用。

案例1： ESD
、閃電或電源浪湧

圖1展示了一個典型的應用場景，其中一個傳感器正在測量待測設備的電壓。該傳感器一頭連接到USB數據采集模塊，另一頭連接到PC。

ESD、閃電以及電源浪湧產生突發的瞬時過壓，即使時間很短，也可能損害整個係統中的電子元件。如果USB數據采集模塊沒有隔離(見圖2)
，這些事件產生的電流回流通過整個係統，最後到達PC並且可能損害PC和其他係統部件。

一yi些xie數shu據ju采cai集ji方fang案an供gong應ying商shang所suo提ti供gong的de未wei隔ge離li模mo塊kuai在zai出chu現xian瞬shun時shi過guo壓ya時shi事shi實shi上shang會hui鎖suo死si整zheng個ge係xi統tong
，從cong而er不bu得de不bu重zhong啟qi係xi統tong。在zai測ce量liang應ying用yong中zhong這zhe種zhong行xing為wei是shi不bu能neng接jie受shou的de。

與之對比的是，隔離的模塊(圖3中顯示)通過模塊的地平麵釋放有害的電流，來保護整個係統。

即使引入的瞬時電壓很小不足以損害係統，也要小心你的數據可能包含很大的錯誤，特別在高分辨率的情況下。例如

，如果使用具有16位分辨率的USB模塊來測量±10V 電壓範圍的信號，LSB值是0.31mV(見表1)。如ru果guo這zhe個ge模mo塊kuai未wei隔ge離li，同tong時shi電dian氣qi係xi統tong中zhong出chu現xian瞬shun時shi電dian壓ya，數shu據ju因yin此ci可ke能neng偏pian差cha數shu百bai毫hao伏fu。甚shen至zhi在zai靜jing態tai環huan境jing中zhong
，你ni的de數shu據ju也ye可ke能neng偏pian差cha幾ji十shi毫hao伏fu。當dang測ce量liang低di電dian平ping的de信xin號hao時shi這zhe算suan得de上shang是shi巨ju大da的de差cha錯cuo。

如果需要高精度、低噪聲的測量，隔離至關重要。建議選擇提供高達3000V的電氣隔離。電氣隔離把輸入信號中的能量轉化成輸出信號在模塊的地平麵上流走。結果
，你的計算機保持安全，測量結果更加精確。

隔離放大的幾種常用方式：

變壓器：從無延遲的快速時鍾信號中轉換能量,精度高,溫度漂移小
；

光隔離器：從帶有幾十毫秒延遲的較慢的控製信號中轉化能量；

差分容性耦合：從帶有1毫秒延遲的慢速數據通道中轉化能量。

案例2 ：不同的地電位

單端模擬輸入是參考大地的未隔離的輸入。在未隔離係統中，甚至數字I/O信號都連到同樣的地上。如果待測係統和USB數據采集模塊共享同樣的地(通過連到建築物的電源係統)
，兩個設備地電位間的差別是實際存在的(超過100mV)。快速開關電流必須沿著5米長的USB線纜流到PC。

根據如何將單端輸入連接到該模塊，你可能引入地環路誤差，即當在最長達5米的USB線纜中添加信號和其他地電位時
，不僅僅帶來了高度不準確的測量結果，而且還可能會損害待測係統。圖5顯示了不恰當的單端輸入連接實例。

圖6是更好的單端輸入的連接方案
，能減少地環路誤差。

為了最精確的測量結果，可使用差分輸入(顯示在圖7中)。差cha分fen輸shu入ru是shi帶dai隔ge離li的de輸shu入ru，因yin為wei它ta們men參can考kao的de地di參can考kao點dian不bu連lian接jie到dao大da地di上shang。結jie果guo，它ta們men消xiao除chu了le共gong模mo電dian壓ya誤wu差cha
，這zhe種zhong誤wu差cha會hui在zai地di電dian位wei差cha出chu現xian時shi發fa生sheng。

因此，如果你正在測量低電平的信號，這種情況下噪聲是測量中非常重要的環節。或者如果共模電壓存在，則要確保USB數據采集模塊提供差分輸入連接。

案例3：良好的情況下

在良好的環境中，瞬時電氣信號毛刺和地電位差不存在，因此不需要隔離。在未隔離的係統中，PC直接與傳感器的地係統相連
，所以隻要沒有噪聲或其它誤差加到電壓源上
，測量就會是準確的。

盡jin管guan未wei隔ge離li的de解jie決jue方fang案an購gou買mai時shi可ke能neng會hui更geng便bian宜yi
，但dan測ce試shi與yu測ce量liang應ying用yong很hen少shao是shi處chu於yu良liang好hao情qing況kuang。所suo以yi要yao小xiao心xin
，如ru果guo你ni選xuan擇ze了le未wei隔ge離li的de解jie決jue方fang案an，可ke能neng會hui導dao致zhi可ke估gu算suan的de後hou端duan成cheng本ben，這zhe是shi由you於yu數shu據ju不bu夠gou準zhun確que或huo係xi統tong出chu現xian故gu障zhang引yin起qi的de額e外wai開kai支zhi。