标称 48 kS/s 的采集卡，开八路之后每路只有 6 kS/s

为什么「合计采样率」「输入量程」和「ADC 分辨率」决定了教学实验能测到什么 —— 附每通道速率、LSB 大小、混叠与浮地信号的计算过程。

教学实验室一次买三十块同样的模块，这意味着接线图要经得起一年级学生照着重画，规格也要经得起快速浏览。这两点指向同一个方向：能让它「悄悄出错」的地方越少越好。本文就是这些地方的清单。

采样率是整卡共享的，不是每通道独享

本站低成本档与多功能档的每一款模块，都是「一个 ADC + 前面的多路复用器」。ADC 很快，但复用器得轮流来。所以标称速率是所有已启用通道每秒转换次数的总和，每路实际分到的速率等于这个总数除以你打开的通道数。

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奈奎斯特要求采样率高于被测最高频率成分的两倍。实践中，取五到十倍才能让波形看起来像波形，而不是几个孤立的点。所以八路各 6 kS/s，真正好用的带宽大约在 600 Hz 到 1.2 kHz —— 温度、称重传感器、光电二极管、RC 暂态和音频段信号都够用，任何快速开关的东西都不够。

浮地信号接成单端，为什么读数是一团糟

热电偶、电池、函数发生器输出、光电二极管都是浮地源：两端都不接地。单端输入测的是「一根线相对于模块地」的电压，而浮地源没有确定的参考点，于是读数会漂、会顶到满量程，或者停在漏电流决定的某个值上。解决办法要么给它一个参考，要么别拿它跟地比。

• 用差分输入 —— 模块测的是两根线之间的差值，信号源不需要对地参考。本站所有模拟模块都支持差分模式；在 8 路型号上输入两两配对，变成 4 路差分。
• 加偏置电阻 —— 两个等值电阻分别从输入端接到地，通常取 10 kΩ 到 100 kΩ，可以给浮地源一个确定的直流电平，而几乎不构成负载。
• 用双绞线 —— 信号线与回线绞在一起走，回路面积小，磁场拾取在两根线上相互抵消。

USB-6008 与 USB-6009 还有第二个理由优先用差分：它们最宽的量程 ±20 V 和 ±4 V 只在差分模式下才有。单端模式下最大量程是 ±10 V。在学生实验台上，这点余量很值得留 —— 接错 12 V 电源时，这是「一次教学事故」和「烧掉一路通道」的区别。

分辨率不等于精度

学生很自然地会把最低有效位（LSB）当成误差范围来引用。它不是。LSB 只说明转换器把量程切得多细；真正的误差来自基准电压、放大器的增益与失调，以及这些东西随温度的漂移。两者通常差一到两个数量级。

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最后一行最值得专门讲。多功能档提供 ±10 V、±5 V、±1 V、±0.2 V 四档量程，在容得下信号的前提下选最窄的那一档，是成本最低的一级放大 —— 不花一分钱，分辨率就是 ±10 V 档的 50 倍。也正是在这里，学生会发现：小信号放在宽量程上，测到的主要是噪声。

混叠：每年都值得做一次的演示

混叠是唯一一种会给出「完全令人信服的错误答案」的测量误差。高于采样率一半的信号不会消失 —— 它会折叠下来，变成一个原本并不存在的低频。这个演示只要十分钟，但学生记得住：用一个刻意的低采样率去采一条干净的正弦波，屏幕上会出现一条缓慢、稳定、纯属虚构的波形。

1. 把 1 kHz 正弦送进一路通道，用 100 kS/s 采样，确认波形正常。
2. 把采样率降到 10 kS/s，可以看到每周期五个点，波形仍然认得出来。
3. 再降到 6 kS/s，刚好在奈奎斯特之上，幅度和形状开始失真。
4. 降到 1.1 kS/s，屏幕上会出现一条约 100 Hz 的稳定正弦波。画面本身完全看不出它是错的。

由此得出的结论不是「永远要采得快」，而是：让数字化频谱可信的是抗混叠滤波器，不是采样率本身。这也解释了为什么高性能档的 IEPE 仪器让抗混叠滤波器自动跟踪采样率，而通用档需要你用别的手段把输入带宽限制在奈奎斯特频率以下。

地环路：每张学生实验台上的两个地

插着 USB 线的笔记本和插着市电的实验台电源，通过两条不同路径共地。这个回路里流动的任何电流，都会以串联电压的形式叠加到信号上：直流时表现为固定偏置，50 Hz 时表现为工频干扰，开关频率上表现为尖峰。学生报告的通常是「有噪声」，所以第一个诊断问题应当是：把实验台电源从电路上断开之后，噪声还在不在。

• 只保留一个参考地点，所有地线以星形方式回到这一点，不要让面包板的地线排随意串联。
• 只要信号源可以浮地，就优先用差分输入 —— 这是把地环路从测量中拿掉，而不是事后想办法滤掉它。
• 信号线远离电源线，也远离任何含开关变换器的部件。

脉冲、转速与频率交给计数器

凡是以脉冲串形式到来的信号 —— 开槽码盘、转速表、干簧管、流量计 —— 计数都远好于采样。入门级每个模拟型号都带 1 路 32 位计数器，USB-6501 在 24 路数字线之外也带 1 路。计数器在硬件里数边沿，不占用采样率、不会混叠，也不在乎脉冲串比你任何能数字化的波形都快得多。

教学安排上也有一条天然的分界线。只有计数器和 24 路数字线、完全没有模拟输入的型号（USB-6501），适合数字逻辑或单片机课程，不适合测量课程。一个实验室里两种都配一些，通常比统一买一种、结果两头都不好用更划算。

放到整个实验室里看

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值得贴在墙上的几条

• 把整卡的总采样率当成每路的速率。记得除以实际启用的通道数。
• 把浮地信号接成单端，然后把结果叫「噪声」。改用差分，或者加偏置电阻。
• 把 LSB 当作精度。应当去查绝对精度指标。
• 量程一直留在 ±10 V，因为「反正都能测」。选容得下信号的最窄量程，分辨率是白送的。
• 看到波形就相信，不问采样率是多少。混叠之后的数据看起来完全合理。
• 用采样去数脉冲。该用计数器。

本文中每个数字，要么是由公开的分辨率与采样率指标算出的算术结果，要么是所引用标准中给出的数值。凡是取决于具体型号的数字，请在冻结设计前对照该型号的数据手册确认。