USB的数据采集模块有什么优势及防护？

USB用以检测与精确测量运用的优点许多，可是在挑选USB数据采集控制模块以前，细心考虑到总体目标运用。假如瞬间工作电压或地电位差存有，根据挑选带隔离措施的USB数据采集模块可维护PC并维持数据信号数据信息的一致性。文中深入分析了应用USB数据采集模块的优点和不确定性的风险，详细介绍了清除各种潜在性风险的方式－防护，并根据具体的使用实例掌握防护的不一样功效。

因为USB的便捷性，现如今它已变成是电子计算机和电子器件工业生产提高较快的系统总线之一。针对检测和精确测量运用，USB数据采集模块具备好多个明显的优点。可是要当心，依据实际运用，他们很有可能也包括一些不确定性的风险，乃至会造成毁灭性的不良影响。

应用USB开展检测和精确测量的优点

USB因为具有下边几点优点，进而变成使用人软件开发测试和精确测量精确测量运用的简易挑选。

真真正正的1394连接：应用规范的成本低电缆简易地将数据采集模块和PC的USB端口号相接。当控制模块插进时，PC会自动检索该控制模块，并安裝必需的系统来实际操作该控制模块。这类接口方式巨大地降低了开机时间。

图1：典型性的应用设置。

不会再必须开启PC机箱来加上线路板、配备漏线电源开关和终断设定、检索恰当的机器设备驱动软件或是重新启动系统软件，反而是简易地将感应器联接到控制模块上就无需管了。数分钟内，就可持续读取数据、溫度、工作压力、响声等一切所需信息内容。

图2 ：未防护的USB数据采集模块在ESD、电闪、开关电源浪涌保护器的情况下很有可能危害系统软件并造成数据信息有误。

图3 ：防护的USB数据采集模块运用。

满速和快速传输速度：具备USB1.1端口号的电子计算机可以从USB数据采集模块键入和导出数据信息，传输速率最大做到12Mbps。这类满速速度针对数据流分析运用很有效，可以适用达到400KHz的数据采集速度。

针对性能卓越的运用，务必保证PC有一个快速的USB2.0端口号。凭着 USB2.0，就可以在PC和USB数据采集模块间以最大达480Mbps的速率传送数据。这类提升的网络带宽容许与此同时实行多通道I/O实际操作，各路的总流量速度可以达到500kHz，这类方法与PCI测量系统类似。

图4：不适当的联接单端键入很有可能危害你的系统软件并造成有误的测定結果。

节约成本：很多USB数据采集模块包括可清除的终端设备控制模块或BNC射频连接器，这种元器件用于便捷地解决全部的客户I/O联接。这类设计方案不仅方便使用，并且降低成本，因为你不会再必须选购可选择的螺钉固定不动的终端设备零配件。

图5：恰当的单端键入联接。

便携式：USB数据采集模块容积不大，便捷带上，这促使使用人乃至可以把最繁杂的的检测与精确测量运用带出试验室，搬入当场。

非常容易拓展：应用成本低的拓展网络交换机和USB电缆，较多能联接127个数据采集模块到一个USB端口号上。

图6：差分信号键入被防护，根据给予未连到地面的参照地原象清除了共模电压偏差。

可热插拔：USB数据采集模块能在电子计算机运作时安裝或清除。仅仅运行时插上机器设备，进行工作中后拔出来机器设备，不用关电子计算机了。由于USB控制模块能自身记数和自身鉴别，当控制模块插上后，机器设备推动全自动载入；当机器设备拔出来后，机器设备推动全自动卸载掉。

简易的开关电源联接：USB数据采集模块能根据USB系统总线或根据简易联接到外界开关电源得到配电。省电的控制模块在5V工作电压下消化吸收低于100mA的电流量，可根据USB电缆得到配电。本身配电的控制模块在5V工作电压下消化吸收达到500mA的电流量，应用控制模块自身的开关电源。

表1：不一样屏幕分辨率的工作电压范畴。

USB用以检测与精确测量的潜在的风险

虽然USB给予了很多优点，但并非所有的USB数据采集模块都能采用一样的的方法开展设计方案。依据运用不一样，很有可能存有不确定性的风险，一款USB控制模块设计方案很有可能导致毁灭性的不良影响。

并不像PCI线路板具备到PC侧板的间距很短的真正的地系统软件，USB控制模块在电缆两边有间距较长的地联接（最多达5米）和数字功放电源电路。假如控制模块设计方案得不适合，这很有可能可能会导致锁起来、特性不稳定和干扰信号，这对噪音比较敏感的精确测量是个重大问题。

在挑选USB数据采集模块以前，对于总体目标运用考虑到下列一些问题：

数据采集模块易受静电放电（ESD）、电闪或来源于电机、开关柜或其它机器设备的开关电源浪涌保护器的危害？

该运用是不是牵涉到具备不一样地电位差的工作电压？

该控制模块将在优良的条件下工作中？

假如对以上问题1或2的回答是毫无疑问的，就必须保证你的系统软件具备隔离措施。防护能维护PC免遭危害，根据在电源电路间物理隔离保护接地来保护你的数据库安全，即限定很有可能有危害的电流或电流量通过你的系统软件。也可根据给系统软件加上脉冲调制零配件来给予防护，那样价钱会很价格昂贵，或是一开始就挑选带防护的USB数据采集模块。

大家来更具体分析这种应用场景，从每一个实例中掌握隔离的作用。

实例1： ESD、电闪或开关电源浪涌保护器

图1展现了一个非常典型的应用领域，在其中一个感应器已经精确测量被测机器设备的工作电压。该感应器一头接入到USB数据采集模块，另一头联接到PC。

ESD、电闪及其开关电源浪涌保护器造成突发性的瞬间过电压，即使時间很短，也很有可能危害全部体系中的电子元器件。假如USB数据采集模块沒有防护（见图2），这种事情造成的电流量流回根据这个系统软件，最终抵达PC而且很有可能危害PC和其他系统构件。

一些数据采集计划方案经销商所给予的未隔离模块在发生瞬间过电压时实际上会锁起来全部系统软件，进而迫不得已重新启动系统软件。在精确测量软件中这种事情是无法进行的。

与之比照的是，防护的控制模块（图3中表明）根据控制模块的地平面图释放出来危险的电流量，来维护全部系统软件。

即使引进的瞬间工作电压不大不能危害系统软件，也需要当心你的数据信息很有可能包括非常大的不正确，尤其在高像素的情形下。比如，假如应用具备16位屏幕分辨率的USB控制模块来精确测量±10V 工作电压范畴的数据信号，LSB值是0.31mV（见表1）。假如这一控制模块未防护，与此同时电气控制系统中发生瞬间工作电压，数据信息因而很有可能误差数百人毫伏。乃至在静态数据自然环境中，你的信息也很有可能误差几十毫伏。当精确测量低电频的信息时这算得上是很大的错漏。

假如必须高精密、低噪音的精确测量，防护尤为重要。Data Translation企业全部的USB控制模块，从DT9801系列产品到DT9834系列产品，都给予达到500V的电气隔离。电气隔离把键入数据信号中的能量转化成导出数据信号在控制模块的地平面图名流走。結果，你的电子计算机维持安全性，精确测量效果更为精准。

以DT9801控制模块为例子，根据应用以下的元器件给予达到500V的电气隔离：

变电器：从无延迟时间的迅速时钟信号中变换动能；

光隔离器：从含有几十ms延迟时间的比较慢的操纵讯号中转换动能；

差分信号负载藕合：从含有1ms延迟时间的慢速度数据通道中转换动能。

实例2 ：不一样的地电位差

单端仿真模拟键入是参照地面的未防护的键入。在未防护系统软件中，乃至数据I/O数据信号都连在一样的地面上。假如待检测系统和USB数据采集模块分享一样的地（根据连到房屋建筑的电气系统），2个机器设备地电位差间的区别是具体出现的（超出100mV）。迅速开关电流务必顺着5米长的USB电缆漏到PC。

依据如何把单端键入联接到该控制模块，你很有可能引进地环城路偏差，即如在最多达5米的USB电缆中加上数据信号和别的地电位差时，不仅提供了相对高度不确切的测定結果，并且还有可能会危害待检测系统。图5表明了不适当的单端键入联接案例。

图6是更快的单端键入的联接计划方案，能降低地环城路偏差。

为了更好地最精准的测定結果，可应用差分信号键入（表明在图7中）。差分信号键入是带防护的键入，由于他们参照的地定位点不联接到大地面上。結果，他们清除了共模电压偏差，这类偏差会在地电位差发生时产生。

因而，假如你已经精确测量低电频的数据信号，这样的事情下噪音是精确测量中特别关键的阶段。或是假如共模电压存有，则要保证USB数据采集模块给予差分信号键入联接。Data Translation全部的USB控制模块，从DT9801系列产品到DT9834系列产品，给予了上至8或16个差分信号键入联接以给予较大水平的地环城路维护。

实例3：优良的情形下

在优良的条件中，瞬间电气设备数据信号毛边和地电位差未找到，因而不用防护。在未防护的体系中，PC立即与感应器的地系统软件相接，因此只需沒有噪音或其他偏差加到电压源上，精确测量便会是精确的。

虽然未防护的解决方法选购时有可能会更划算，但检测与精确测量运用非常少是处在优良状况。因此要当心，假如你选用了未防护的解决方法，很有可能会造成可估计的后端开发成本费，这也是因为数据信息不足精确或系统软件发生故障造成的额外开支。

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