NI數(shù)據(jù)采集設(shè)備技術(shù)總覽

M系列技術(shù)

NI M系列設(shè)備為定時(shí)、性能和精度整合了三種主要技術(shù)：NI-STC 2、NI-PGIA 2和NI-MCal。NI USB M系列設(shè)備在USB總線上提供了高性能信號(hào)流特性。所有工業(yè)M系列設(shè)備和部分選定的USB M系列設(shè)備都帶有設(shè)備保護(hù)和去除接地回路的隔離。

NI-STC 2

NI-STC 2是自定義設(shè)計(jì)的專用集成電路（ASIC），能夠控制系統(tǒng)的定時(shí)、同步和所有輸入輸出數(shù)據(jù)采集操作。NI-STC 2提供了：

? 6個(gè)DMA通道——為每個(gè)功能提供了專用DMA控制器

? 帶有時(shí)鐘的數(shù)字I/O線（高達(dá)10 MHz）

? 帶有編碼兼容性的32位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器

? 為多設(shè)備間同步提供RTSI總線信號(hào)的發(fā)生和布線

? 提供內(nèi)部和外部定時(shí)信號(hào)的發(fā)生和布線

? 用于時(shí)鐘同步的PLL

NI-PGIA 2

為了確保測(cè)量精度，NI為M系列設(shè)備設(shè)計(jì)了定制的NI-PGIA 2技術(shù)。每個(gè)M系列設(shè)備上的NI-PGIA 2都為成本、速度和精度進(jìn)行了優(yōu)化。舉例而言，高精度M系列家族的NI-PGIA 2為18位快速穩(wěn)定、低噪聲和高線性性進(jìn)行了優(yōu)化。NI-PGIA 2技術(shù)通過(guò)減少穩(wěn)定時(shí)間、維持設(shè)備最大采樣速率下的指定分辨率，從而提高了設(shè)備精度。

NI-MCal

M系列設(shè)備還包含NI-MCal技術(shù)，這是一個(gè)正在申請(qǐng)專利的線性與校準(zhǔn)引擎，它能夠?qū)?shù)千個(gè)電平和所有輸入范圍進(jìn)行校準(zhǔn)。NI-MCal將脈沖寬 度調(diào)制（PWM）和高精度電壓參照結(jié)合在一起使用。PWM的占空比用于改變電平，因此自校準(zhǔn)可以在多個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行。校準(zhǔn)常數(shù)被生成并存儲(chǔ)在板載EEPROM 上，以便對(duì)ADC的非線性性進(jìn)行建模，改正將來(lái)的測(cè)量。與傳統(tǒng)的兩點(diǎn)校準(zhǔn)相比，NI-MCal技術(shù)的應(yīng)用將測(cè)量精度提高了五倍。此外，在大多數(shù)M系列設(shè)備 上改進(jìn)的精度參照使得建議的校準(zhǔn)間隔從一年延長(zhǎng)到兩年，降低了設(shè)備的維護(hù)成本。

信號(hào)流

為了在USB M系列設(shè)備上進(jìn)行高性能數(shù)據(jù)采集，NI設(shè)計(jì)了NI數(shù)據(jù)流技術(shù)。NI數(shù)據(jù)流將創(chuàng)新的硬件和軟件設(shè)計(jì)元素整合在一起，在USB總線上實(shí)現(xiàn)了持續(xù)高速和雙向數(shù)據(jù) 流傳輸。這項(xiàng)新技術(shù)幫助工程師在USB總線上實(shí)現(xiàn)了高性能應(yīng)用，而這在過(guò)去只可能在PCI等內(nèi)部總線上才能實(shí)現(xiàn)。

隔離

電氣隔離將可能會(huì)受到危險(xiǎn)電壓影響的模擬輸入信號(hào)與測(cè)量系統(tǒng)的低電壓背板進(jìn)行隔離。NI在工業(yè)M系列設(shè)備和部分選定的總線供電的USB M設(shè)備上提供了隔離。隔離能夠帶來(lái)以下好處：

? 保護(hù)昂貴的儀器、用戶和數(shù)據(jù)免受瞬態(tài)大電壓的危害

? 改進(jìn)噪聲抑止

? 去除接地回路

? 改進(jìn)共模電壓抑止

隔離測(cè)量系統(tǒng)提供了隔離接地面板，以便讓模擬前端和系統(tǒng)背板能夠?qū)?a target="_blank">傳感器測(cè)量與系統(tǒng)其他部分進(jìn)行隔離。隔離前端接地連接是一個(gè)浮動(dòng)管腳，能夠在與物 理地不同的電勢(shì)下工作。圖1顯示了模擬電壓測(cè)量設(shè)備。任何在傳感器地和測(cè)量系統(tǒng)地之間存在的共模電壓都得到了抑止。這樣就防止接地回路的形成，去除了來(lái)自 輸入信號(hào)的噪聲。

圖1：隔離將浮動(dòng)前端和測(cè)量設(shè)備與低電壓后端進(jìn)行了物理上和電氣上的隔離。

S系列技術(shù)

大多數(shù)數(shù)據(jù)采集設(shè)備都是通過(guò)一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）與多路復(fù)用器從而提供多通道模擬采樣。盡管這樣可以讓廠商以更低的成本制造高通道數(shù)的數(shù)據(jù) 采集設(shè)備，但是在所有采樣通道之間共享同一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，每個(gè)通道的采樣速率會(huì)降低。例如，對(duì)于一個(gè)具有16個(gè)通道能夠以250 kS/s進(jìn)行采樣的多路復(fù)用設(shè)備而言，采樣速率是每通道15.625 kS/s（250 kS/s除以16個(gè)通道）。

由于使用了多路復(fù)用器，在每個(gè)模擬輸入（AI）通道被采樣之后都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小小的延遲。這對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言是可以接受的，但是一些應(yīng)用需要保持模擬輸入之間的相位關(guān)系。

圖2：多路復(fù)用數(shù)據(jù)采集設(shè)備在多個(gè)模擬輸入通道之間使用同一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器

對(duì)比而言，NI的S系列設(shè)備為每個(gè)通道提供了專用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它提供了以下好處：

? 模擬輸入的同步采樣

? 大大提高了總采樣速率

? 在進(jìn)行多通道采集的情況下提供了每個(gè)通道更高的采樣速率

? 保持輸入信號(hào)的相位關(guān)系

圖3：同步數(shù)據(jù)采集設(shè)備的每個(gè)模擬輸入通道都帶有專用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（圖中顯示了一個(gè)通道）

R系列智能數(shù)據(jù)采集技術(shù)

NI 的R系列設(shè)備并沒(méi)有使用一塊固定的ASIC進(jìn)行設(shè)備功能的控制，它使用了一塊不同大小的用戶可配置的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）芯片，提供了板載處理和靈活的I/O操作。

您可以使用LabVIEW FPGA模塊，通過(guò)建立NI LabVIEW程序框圖對(duì)FPGA進(jìn)行配置。您的程序框圖在硬件中運(yùn)行，為您提供了對(duì)所有I/O信號(hào)直接的快捷控制。

在最高層次上看，F(xiàn)PGA是可編程的硅芯片。使用預(yù)先建立好的邏輯模塊和可編程布線資源，您可以配置這些芯片實(shí)現(xiàn)自定義的硬件功能，而無(wú)需學(xué)習(xí)面包 板或電烙鐵的使用。您可以在軟件中開(kāi)發(fā)數(shù)字計(jì)算任務(wù)，然后將它們編譯下載到配置文件或包含信息的二進(jìn)制流中，控制各個(gè)組件應(yīng)該如何相互工作。此 外，F(xiàn)PGA還是完全可重復(fù)配置的，在您重新編譯一個(gè)不同的電路配置之后，就可以立即實(shí)現(xiàn)全新的功能。

圖4：您可以通過(guò)使用LabVIEW FPGA模塊編寫圖形化代碼來(lái)配置FPGA