update EmoeDAQ doc 20250303

Floyd-Fish · Floyd-Fish · commit fea88179039c · 2025-03-03T01:30:40.000+08:00
diff --git a/docs/projects/EmoeDAQ/emoedaq-manual.md b/docs/projects/EmoeDAQ/emoedaq-manual.md
@@ -9,19 +9,19 @@ tags: analog, emoedaq
 
 # EmoeDAQ 编程参考手册
 
-> 硬件版本： 1.3.0  
-> 手册版本： 0.1.3  
-> 最后更新时间： 2024-12-16
+> 硬件版本： 1.4.0  
+> 手册版本： 0.1.4
+> 最后更新时间： 2025-03-03
 
 ## DAQ控制指令集
 
 EmoeDAQ采用SCPI指令集与上位机通过串口进行通讯。
-DAQ的SCPI指令集可以分为4类，分别是：
+DAQ的SCPI指令集可以分为几类，分别是：
 
 - IEEE 488.2标准命令  
 - DAQ硬件配置命令  
 - DAQ采样控制命令  
-- DAQ系统命令
+- DAQ系统命令  
 
 SCPI指令集的简写为指定的单词开头（大写），比如 `CONFigure:VOLTage:DC:NPLCycles 10` 这句可以简写为 `CONF:VOLT:DC:NPLC 10`。
 
@@ -52,6 +52,8 @@ SCPI指令集的简写为指定的单词开头（大写），比如 `CONFigure:V
 - 示例：*CLS
 - 返回值：无
 
+其他指令请参考IEEE488.2规范内容
+
 ### DAQ采样控制命令
 
 #### 单次测量电压
@@ -63,7 +65,7 @@ SCPI指令集的简写为指定的单词开头（大写），比如 `CONFigure:V
 - 返回值：对应通道的电压值
 
 
-#### 单次测量电压，附带温度
+#### 单次测量电压，附带内部温度
 
 - 格式：**MEASure:VOLTage:DC:TEMPerature? {1|2}**
 - 功能：测量指定通道的电压，以及当前DAQ内部温度值
@@ -126,27 +128,11 @@ SCPI指令集的简写为指定的单词开头（大写），比如 `CONFigure:V
 
 ### DAQ硬件配置命令
 
-#### 设置通信波特率（仅使用USART接口的固件支持）
-
-- 格式：**SYSTem:BAUDRATE:SET {9600|14400|19200|38400|57600|115200|230400|460800|921600|1500000}**
-- 功能：设置DAQ的串口波特率
-- 详细解释：用该命令设置DAQ的串口通信波特率，立刻生效，**设置完成后需要切换到新波特率与DAQ通信**。
-- 示例：SYSTem:BAUDRATE:SET 115200
-- 返回值：无
-
-#### 查询通信波特率（仅使用USART接口的固件支持）
-
-- 格式：**SYSTem:BAUDRATE:SET?**
-- 功能：查询DAQ当前的串口波特率
-- 详细解释：用该命令查询DAQ的串口通信波特率。
-- 示例：SYSTem:BAUDRATE:SET?
-- 返回值：返回当前的串口波特率
-
 #### 查询DAQ系统设置
 
 - 格式：**CONFigure:INFormation?**
 - 功能：查询DAQ当前的系统设置
-- 详细解释：用该命令查询DAQ的系统设置，包括 **波特率（仅使用USART接口的固件支持）**、NPLC频率、NPLC周期数、AutoZero是否开启
+- 详细解释：用该命令查询DAQ的系统设置，包括 **波特率（仅使用USART接口的固件支持）** (带外壳的DAQ使用USB-VCP通信，无需设置波特率)、NPLC频率、NPLC周期数、AutoZero是否开启
 - 示例：CONFIGURE:INFormation?
 - 返回值：波特率、NPLC频率、NPLC周期数、AutoZero是否开启
 
@@ -169,6 +155,118 @@ SCPI指令集的简写为指定的单词开头（大写），比如 `CONFigure:V
 - 示例：SYSTem:IDEN
 - 返回值：无
 
+#### 用户增益校准
+- 格式: SYSTem:CALibration:GAIN {gain}
+- 功能：写入DAQ的系统增益,并保存
+- 详细解释： 写入DAQ的系统增益,该增益是线性回归拟合校准得出的增益误差,在DAQ内部参与电压转换的计算,补偿DAQ的系统增益误差
+- 示例：SYSTem:CAL:INL:SLOPE 1.00032855
+- 返回值：写入的增益值,并提示保存成功与否
+
+#### 用户失调校准
+- 格式: SYSTem:CALibration:OFFSET {offset}
+- 功能：写入DAQ的系统失调误差,并保存
+- 详细解释：  写入DAQ的系统失调误差,该增益是线性回归拟合校准得出的失调误差,在DAQ内部参与电压转换的计算,补偿DAQ的系统失调误差
+- 示例：SYSTem:CAL:INL:INT 0.00003882
+- 返回值：写入的失调值,并提示保存成功与否
+
+#### ADC系统校准
+- 格式: SYSTem:CALibration:ADC
+- 功能：执行ADC系统校准
+- 详细解释： 该功能执行的是ADC片内自带的校准程序,分别给ADC输入通入0V和VREF,以此来计算ADC前面所有信号链的失调和增益误差.但此方法由于ADC的INL限制,效果有限.如果需要高精度,还是需要高位表+源来校准标定.该过程需要20秒的时间完成,且需要在DAQ充分预热且环境温度较稳定的情况下进行
+- 示例：SYSTem:CAL:ADC
+- 返回值：校准前的增益\失调寄存器,与校准后的增益\失调寄存器
+
+#### 写入校准日期
+- 格式: SYSTem:CALibration:DATE
+- 功能：写入校准日期
+- 详细解释： 写入校准日期,格式是: yyyy,mm,dd
+- 示例：SYST:CAL:DATE 1919,8,10
+- 返回值：无
+
+#### 存储ADC系统校准数据
+- 格式: SYSTem:CALibration:STORE
+- 功能：保存ADC系统校准数据,以及校准日期
+- 详细解释： 保存ADC系统校准数据,以及校准日期
+- 示例：SYST:CAL:STORE
+- 返回值：保存成功以及校准数据明细,如果有未执行的校准项将提示校准未完成
+
+#### 擦除校准数据
+- 格式: SYSTem:CALibration:DEFAULT
+- 功能：擦除所有校准数据
+- 详细解释： 擦除所有校准数据,包括ADC系统校准寄存器\手动输入的增益失调误差\校准日期等
+- 示例：SYST:CAL:DEFAULT
+- 返回值：校准数据复位成功
+
+#### 查询所有校准数据
+- 格式: SYSTem:CALibration:INFormation?
+- 功能：查询校准数据
+- 详细解释： 查询所有校准数据,包括ADC系统校准寄存器\手动输入的增益失调误差\校准日期等
+- 示例：SYST:CAL:INF?
+- 返回值：有效校准数据,若未执行过校准/校准数据被擦除,则提示校准数据不存在
+
+#### 查询用户增益校准系数
+- 格式: SYSTem:CALibration:GAIN?
+- 功能：查询增益校准系数
+- 详细解释： 查询DAQ内部存储的增益校准系数
+- 示例：SYSTem:CAL:GAIN?
+- 返回值：1.00032855
+
+#### 查询用户失调校准系数
+- 格式: SYSTem:CALibration:OFFSET?
+- 功能：查询失调校准系数
+- 详细解释： 查询DAQ内部存储的失调校准系数
+- 示例：SYSTem:CAL:OFFSET?
+- 返回值：0.00003882
+
+## DAQ校准原理
+
+请参考Emoe上的文章 **[EmoeDAQ-高精度数据采集器-下篇](https://www.emoe.xyz/emoedaq-design-2/#5)** 中的第五节-校准原理
+
+## 校准说明
+
+校准的本质是将DAQ的绝对精度调整到与参考表的精度较为一致的水平，所以，**决定校准后精度的是参考表的精度**。  
+如果需要绝对的精确度，那就需要绝对精确的参考表，比如短期内经过约瑟夫森结传递校准过的Keysight 3458A DMM 或 Fluke的高位Calibrator。  
+
+## DAQ校准流程
+
+### 校准所需要的设备
+
+DAQ的直流精度超过 5½ 数字万用表，所以至少需要 6½ 的数字万用表作为校准参考表。同时还需要一个低噪声、极稳定的可调节直流源，如果校准源的噪声较高或漂移较大，会增大校准过程中的不确定性，导致校准精度不及预期。推荐设备如下：
+
+- Keysight 34465A或同等级、甚至更高等级的台式DMM  
+- 5位半以上的DC源表，能够产生-5V至+5V的可调电压输出  
+- 铜芯线用于连接  
+
+### 推荐校准流程-自动版
+
+如果有可连接至PC的DMM和源表，且能被VISA识别到，可以使用python来完成自动化校准。  
+🐟使用的是 Keysight 34465A+横河7651，DMM使用USB连接，7651使用GPIB连接。
+
+1. 将源表输出连接到DAQ的CH1输入端（DAQ的INN接地，INP连接源表输出正极）和DMM的电压输入端  
+2. 使用稳定且足功率的USB端口连接DAQ，通电静置至少半小时让DAQ和其他仪器充分稳定，DMM与源表同步上电静置。  
+3. 测试VISA连接DMM与源表，能否正常通信，根据自己的设备修改相应的SCPI控制指令  
+4. 修改校准程序的校准日期等内容，运行自动化校准程序，完成校准  
+5. 打开串口助手，连接DAQ，查询校准结果是否正确  
+
+### 手动校准
+
+如果上述自动校准条件不具备，可以使用手动校准的方式。**不过需注意，无论是哪种校准方式都需要一台高位DMM，以及一个低噪声且稳定可调的电压源。**  
+
+为达到最佳校准精度，推荐使用多点校准拟合的方式来得出增益与失调系数。  
+DAQ的手动校准分为2步，分别是ADC系统校准和用户自定义比对参考表校准。下面给出一个示例：
+
+1. 使用稳定且足功率的USB端口连接DAQ，通电静置至少半小时让DAQ和其他仪器充分稳定，DMM与源表同步上电静置。  
+2. 将DAQ连接串口助手，手动发送指令 **"SYST:CAL:ADC"** 执行ADC的系统校准，等待20秒输出结果；
+3. 手动发送指令 **"SYST:CAL:DATE 2025,1,14"** ，写入校准的日期  
+4. 手动发送指令 **"SYST:CAL:STORE"** ，保存ADC系统校准数据  
+5. 将源表输出连接到DAQ的CH1输入端（DAQ的INN接地，INP连接源表输出正极）和DMM的电压输入端  
+6. 调整源表输出至-4.9V，等待DAQ和DMM读数稳定后记录数值，填入Excel表格  
+7. 重复上述操作，使源表分别输出-4.9V、-4V、-3V、-2V、... 0V、... 、+4V、+4.9V，记录数据
+8. 在Excel中将DMM读数和DAQ读数整理为2列，然后根据这些数据计算一次线性回归系数（可以调用Excel的函数功能）  
+9. 得到校准系数后，将DAQ连接串口助手，通过校准指令 **"SYST:CAL:GAIN 1.00002243123"、"SYST:CAL:OFFSET 0.000004232"**手动写入DAQ（此处数字仅示例）  
+10. 发送指令 **"SYST:CAL:INF?"** 查询校准数据是否正确  
+
+
 
 
 
diff --git a/docs/projects/EmoeDAQ/emoedaq-spec.md b/docs/projects/EmoeDAQ/emoedaq-spec.md
@@ -11,51 +11,55 @@ tags: analog, emoedaq
 
 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： 1.4.0  
-> 手册版本： 0.1.3  
-> 最后更新时间： 2025-02-28
+> 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，真浮地测量    
+- 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  
-- 输出速率从0.5Hz至500Hz可调  
+- 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）  
-- 最大积分非线性误差（INL）为 **±2ppm**（4ppm-Peak to Peak）  
-- 采样率500Hz时，THD<-100dB（使用DAC11001B测试）  
+- 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  
+- 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  
 
-- 传感器数据采集  
+- 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  
-- 低频交流信号精密分析  
+- 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）  
-- 双向低边电流测量（检流电阻选件）  
+- 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）  
-- 超低噪声测量，nV-Meter（nV-Meter前端选件）  
+- 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+VCP串口通信  
+  - 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SWD接口，方便用户更新固件（一点也不方便））  
+- （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%
 
@@ -71,18 +75,71 @@ EmoeDAQ是一款双通道、全差分输入的精密数据采集卡，具有±5V
 - 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](https://emoe-blog.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/emoerd/EmoeDAQ/zero_offset.png)
 
+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](https://emoe-blog.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/emoerd/EmoeDAQ/temp_rise.png)
 
+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](https://emoe-blog.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/emoerd/EmoeDAQ/AC_NoiseFloor.png)
+
+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](https://emoe-blog.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/emoerd/EmoeDAQ/inl_vs34420.png)
+
+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](https://emoe-blog.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/emoerd/EmoeDAQ/daq_vs_34420_24h.png)
+
+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。
 
 
 
