当数据采集卡的输入端开路时，其输出端仍会存在微小的随机电压波动，即本底噪声。该噪声是评估采集卡测量精度与灵敏度的一项关键指标。
一、造成本底噪声主要因素
本底噪声并非来自外部，而是产生于采集卡的内部，其主要来源可以归结为以下几类：
1、热噪声
成因：所有电阻元件内部的电子由于热运动而产生的无规则波动。温度越高，电子运动越剧烈，噪声越大。
特点：存在于所有电子设备中，无法彻底消除，是噪声的物理下限。其大小与电阻值、带宽和绝对温度的平方根成正比。
2、散粒噪声
成因：电流是由一个个离散的电子组成的，电子越过半导体PN结或真空管屏障时是随机和离散的，这种波动形成了噪声。
特点：存在于有源器件（如运算放大器、ADC芯片）中，与流过器件的直流电流的平方根成正比。
4、量化噪声
成因：这是模数转换器（ADC）固有的噪声。ADC需要将无限可能的模拟值“四舍五入”到有限的数字电平上（例如16位ADC有65536个电平），这个过程中产生的误差就是量化噪声。
特点：其理论峰值通常为±1/2 LSB（最低有效位）。ADC的位数越高，量化电平间隔越小，量化噪声就越低。
二、 如何改善采集卡的本底噪声
降低本底噪声需要从硬件设计、系统配置和使用方法多方面入手：
硬件层面
选择高性能器件：使用低噪声的运算放大器、高精度ADC芯片和高质量、低温度系数的电阻电容。
优化PCB布局布线：精心设计电路板，将模拟和数字部分严格隔离，采用大面积接地、电源去耦等技术，减少串扰和干扰。
屏蔽与隔离：采用金属屏蔽罩隔绝外部电磁干扰（EMI），使用光电隔离或磁隔离技术切断地环路噪声。
系统配置与使用层面
匹配输入范围：尽可能使用最小的可用输入范围（如±0.1V而不是±10V）。这相当于放大信号的同时没有同比放大噪声，从而获得更高的信噪比。
限制带宽：使用采集卡硬件上的抗混叠滤波器，或后期进行数字滤波，将采样带宽限制在您关心的信号频率范围内。根据噪声公式，带宽减半，热噪声功率约降低3dB。
良好的接地：使用星型单点接地，避免地环路，确保传感器和采集卡共地良好。
信号处理层面
信号平均：对周期性信号进行多次采集并平均，可以随机噪声平均掉，从而提高信噪比。
数字滤波：采集完成后，通过软件算法（如低通、带通滤波）滤除带外噪声。
三、 不同行业的不同需求
不同的应用场景对本底噪声的要求截然不同，这也决定了采集卡的价格和性能定位。
噪声水平要求 | 典型行业与应用 | 说明与选型建议 |
极高（超低噪声） | 科研实验：天文观测、量子计算、高能物理探测器。
生命科学：膜片钳技术、脑电图（EEG）、心电图（ECG）微电位、DNA测序。
高端音频：专业录音棚、母带处理。 | 需要24位甚至更高分辨率的高端采集卡。通常采用特殊的低噪声设计、冷却技术，价格昂贵。关注其有效位数（ENOB）和噪声频谱密度指标。 |
高（低噪声） | 工业检测：超声波无损检测、振动分析、故障预测。
汽车测试：发动机爆震传感器测试、NVH（噪声、振动与声振粗糙度）分析。
音频工程：乐器录音、声音测量。 | 需要16位至24位的中高端采集卡。关注其信噪比（SNR > 100dB）和总谐波失真（THD）指标。通常具备可编程增益和良好的抗混叠滤波器。 |
中等 | 通用自动化测试：电源测试、功能测试。
环境监测：温度、湿度、压力记录。
教育实验：大学物理、电子实验室。 | 16位分辨率的入门级或中端采集卡即可满足大部分需求。成本效益高，是最常见的类型。 |
较低 | 过程控制：PLC系统、开关量控制、继电器控制。
简单状态监控：设备启停、报警状态监测。 | 对噪声不敏感，更注重通道数、隔离性和可靠性。12位或14位的采集卡甚至多功能I/O卡就已足够。 |
当被测信号的幅值小于或接近本底噪声时，有效信号会完全湮没在噪声中，难以被准确分辨和提取。数据采集卡的本底噪声源于不可避免的物理规律与电子元件的固有特性，它限制了系统测量微小信号的能力、精度和动态范围。
在选择采集卡时，应遵循“够用即可”的原则。需结合实际被测信号的幅值、频率、测量精度要求以及其他应用条件，综合选择符合需求的数据采集设备，而不应仅因某项指标较高而盲目选择。