EmoeDAQ Datasheet

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EmoeDAQ 数据手册

EmoeDAQ是一款双通道、全差分输入的精密数据采集卡，具有±5V输入范围和24bit/32bit分辨率（24bit下，1 LSB等于0.6uV），同时具有极低的Noise Floor、极高的输入阻抗、低输入偏置电流，非常适合用于精密直流数据采集应用。

硬件版本： REV 1.4
手册版本： 0.1.4
最后更新时间： 2025-03-03

EmoeDAQ特性概览

  • 测量端与数据接口全电气隔离，耐压1.5kV，浮地测量
  • 2个全差分输入通道，双极性电压测量
  • 采样积分周期从NPLC=100至NPLC=0.1可调(非连续可调)
  • 高达22bit无噪声分辨率（同量程范围下，6½数字万用表同等级指标）
  • 校准后最大积分非线性误差（INL）为 ±3.5ppm（7ppm-Peak to Peak，以34465A的10V档为参考）
  • 基准老化性能为25ppm/khr，出厂的DAQ均经过3周早期老化
  • 内部主动加热恒温设计，恒温温度一定范围内可调
  • 采样率500Hz时，THD<-100dB
  • 支持内部失调实时补偿
  • 短期稳定性（24小时）等同于6½数字万用表水平
  • 支持用户自定义校准
  • 兼容标准SCPI指令集

EmoeDAQ典型应用

  • 电压输出型传感器数据采集
  • 精密电压测量与长时间观测
  • 1/f噪声测量
  • 自定义设备的模拟采集核心
  • 极低频交流信号精密分析
  • 自定义测试系统组件

搭配Emoe R&D提供的开源选件，可实现如下应用：

  • 精密RTD/热电偶温度测量（RTD/热电偶选件）
  • 双向高/低边电流测量（检流电阻、INA选件）
  • 超宽动态范围I-V变换电流测量（与EmoeFemto搭配使用）
  • 超低噪声小信号测量，nV-Meter（nV-Meter前端选件）
  • 多通道电信号扫描测量（扫描卡选件）

更多选件仍在开发中，也欢迎在我们的github organization仓库发起讨论，一起开发新玩法。

物理接口与标识

  • 外壳尺寸100mm / 66mm / 27mm（长宽高），与EmoeNAP相同大小
  • 后面板：
    • Type-C，用于供电+USB VCP串口通信
    • SCPI通信错误状态指示LED、内部温度状态指示LED
  • 前面板：
    • 8PIN 2.54mm间距插拔接线端子（KF-2.54），用于输入全差分模拟信号
    • 2*3PIN 2.54mm牛角座，用于内部低噪声稳压电源输出，对外I2C接口（连接选件）
    • 输入过载指示灯（差分电压大于5V时，亮红灯）
  • （板内留有1.25mm-5P SWD接口，方便用户更新固件（一点也不方便））
  • 电源
    • USB端口供电，电压为+5V±5%

通信与协议

  • 通过USB-VCP（Virtual COM Port）与PC通信
  • 兼容标准SCPI指令集，同时DAQ部分兼容ADI的ADMX3652模块指令集

测量端参数

  • 测量端与供电端电气隔离（绝缘等级1.5kV），可实现真正的浮地测量
  • 每个输入端输入阻抗>10GΩ，输入偏置电流＜300pA（+2.5V/-2.5V输入下）
  • 全差分输入测量范围为-5V至+5V（常用的单端测量接法是将IN-接GND，IN+接输入电压）
  • 输入端极限过载电压为9V，内部设有气体放电管及PTC熔丝用于过载保护（长时间过载将损坏前端，不建议在信号幅度超出输入范围的场合使用）

规格表

指标 备注(测试条件)
输入阻抗 10GΩ> 输入信号在输入范围内
输入漏电流 <200pA 输入信号在输入范围内
可用输入测量范围 -4.95V ~ +4.95V 可精确测量范围(受基准精度限制)
系统无噪声分辨率 22bit EmoeDAQ-24版
系统非线性度(INL) ±3.5ppm 典型值,以34465A的10V档(标称1ppm)为基准
电压回读分辨率 提供小数点后8位数字，稳定至后6位(1uV) NPLC=10，DAQ通电稳定后
基准老化性能 25ppm/1000 hours, 51ppm/4500hours 典型值，制造商保证
系统温度系数 TBD TBD
24小时稳定性 TBD TBD
CMRR at DC: TBD TBD
at 1kHz: TBD TBD
at 1MHz: TBD TBD
扫描转换通道间隔离度 at DC: TBD TBD
at 10Hz: TBD TBD
at 1kHz: TBD TBD
at 1MHz: TBD TBD
交流动态范围 > 150dB NPLC=0.1
推荐校准周期 3 month 3个月不掉电使用情况下
推荐恒温温度 35°C 室温25°C下

详细测试数据

测试仪器：

  • Keysight 34465A
  • Keysight 34420A
  • Yokogawa 7651
  • ADR1000 PWM Reference
  • EmoeCalibrator

输入对地短接失调与噪声

zero_noise

测试对象为EmoeDAQ-24，温度稳定后，读数仅有2个LSB的跳动。

上电后内部温升曲线

temp_rise

测试时室温15度，上电后约15分钟达到设定的加热温度

交流噪声

ac_noise

测试对象为EmoeDAQ-24，NPLC=0.1,采集50000个数据点后导出csv文件，使用numpy分析FFT。

校准后非线性度测试

INL_Test

使用7651作为DC源，34465A作为参考表对2个DAQ进行INL校准，校准后测试DAQ的INL曲线如上图(2个DAQ均为EmoeDAQ-24)

24小时短期稳定性与多单元一致性测试

24h_test

使用以ADR1000为基准的PWM基准源，输出1V为4个设备的公共输入，以34420的1V档位测量值为参考，测试3个DAQ的数据，3个DAQ中DAQ1内部恒温开启，DAQ2和3未开启。测试时间24小时。

可以看出开启了内部恒温的DAQ1读数与34420的读数趋势几乎相同，只存在失调误差；DAQ2和DAQ3的一致性非常好，但是相对于34420的读数而言，稳定性不佳。可见使用温度控制的重要性。