NI M系列DAQ中使用的新技术

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                    　　概览
　　NI公司的M系列数据采集设备 (DAQ)，以全新的革命性架构，为数据采集硬件功能设定了新标准。这些设备除集成了市面上最先进的技术之外，还吸纳了一些全新设计优势，显著改善其性能，准确性与I/O通道密度：
　　NI-STC 2 –自定义的定时控制器ASIC NI-MCal技术 – 具有革命性的校准和线性化方法 NI-PGIA 2技术可自定义的增益放大器
　　NI-STC 2是专门为M系列DAQ设备设计的专用集成电路(ASIC)。它增加了每个设备的I/O通道数目，并将数据总吞吐率提高了1200%。NI-MCal技术是一种线性化校准工具，可在所有输入范围内获得无与伦比的精度改善。另外，NI-PGIA 2的可自定义放大器技术，提供了更快的采样速率和更高的分辨率。NI-PGIA 2有三个分别针对成本、速度和精度而优化的版本。






　　图 2 NI-STC 2拥有6条DMA通道，可大幅度地提高数据吞吐率
　　NI-STC 2 – 数字I/O与计数器/定时器
　　除了16个静态数字I/O线路之外，NI-STC 2还包括了最多可达32个的硬件定时的数字I/O线路，可以以最高10 MHz的速率输入或输出数字模式。每个信号都可独立地设置为数字输入、静态输出或者波型输出。NI-STC 2的数字输入输出有专用的FIFO缓冲区，每个缓冲区都有专用的DMA通道向FIFO和PC内存中读写数据。你可以使用线路组来产生或测量32位宽的数字模式。这种模式I/O功能对于那些读取条形码或读取模数转换器(ADC)之类的部件定性应用来说是非常有用的；任何要求微秒数量级定时精度的应用中也需要这种功能。
　　你还可以将数字线路与其它硬件定时的操作(如模拟输入、模拟输出和计数器等)相关联，使设备上的多个操作同步。为了使信号相关，NI-STC 2内部会安排一根外部或内部信号线，为那些相关的信号提供单一时钟源。
　　所有M系列DAQ设备都包含了两个32位计数器/定时器，用于脉冲生成和频率测量。与常规的24位计数/定时寄存器相比，M系列设备拥有256倍的测量容量。另外，与老式数据采集设备上常见的20 MHz时间基频相比，板上80MHz的时间基频将脉冲测量精度提高了400%，而且允许测量更高速的波形。基于这个计数器，你可以利用正交编码器或者双脉冲编码器来进行位置测量，或者利用X1、X2和X4角度编码器来进行角度测量。
　　NI-STC 2 – 定时与同步
　　NI-STC 2通过分割80MHz的主频而生成多个时间基频。这些信号可以作为模拟输入、模拟输出、数字I/O和计数器/定时器的时钟来源来内部使用。每个M系列设备 也能够从这个80MHz时钟中生成自身的10MHz的参考时钟，用来同步多个设备。这个10MHz的参考时钟可以通过RTSI总线连接至同一系统中的其它设备上。
　　传统上，使用RTSI总线来同步设备将使每个设备的最大时钟频率速率限制在10 MHz上。采用NI-STC 2技术的M系列设备中都有一个锁相环(PLL)，它可以让系统中的每个设备将自身的80MHz基频同步到10MHz主频上。有了这项技术，所有设备不仅可以同步到同一个主频上，还可以利用板上所生成的更快的80MHz定时信号。






　　NI-PGIA 2技术 – 专用放大器
　　ADC在快速扫描多个通道时，其建立时间会大幅影响转换精度。所谓建立时间，是指放大某信号使之达到某一特定测量精度标准所需的时间。如果放大器没有足够短的建立时间，则被测量信号的量化将不准确。更短的建立时间可以在保证精度的条件下，允许进行更高速的采样。因此，对任意给定的分辨率或精度，都需要更短的建立时间。
　　为了保证测量精度，NI在设计M系列设备时引入了定制NI-PGIA 2技术。M系列的每台设备中NI-PGIA 2技术都针对成本、速度和精度进行了优化。例如，高精度的M系列设备中的NI-PGIA 2技术，针对18位的短建立时间、低噪音、高线性进行了优化。NI-PGIA 2技术通过最小化建立时间，可以在最大采样频率下保证设备的指定分辨率，从而提高了精度。图4表明，高速的M系列NI-PGIA 2在20 V电阶(最糟的案例)情况下，可以在1.5 ?s内达到虚零误差。










　　总结
　　随着M系列设备的推出，NI公司一直在扩展其功能，同时降低数据采集的成本。其中，OEM客户会非常感谢M系列设备的扩展I/O功能，因为它使每I/O通道的单位价格下降了30%多。
　　NI-STC 2、NI-MCal和NI-PGIA 2技术提供了以前即插式DAQ设备所不具备的功能，而且M系列可以与NI LabVIEW图形开发环境和NI-DAQmx测量服务软件无缝结合，以提供更佳的性能、更高的价值和更多的I/O。