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高速DAQ板卡以同步採樣架構加速測試需求

上網時間: 2007年12月21日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:資料擷取  DAQ  同時採樣 

隨著測試量測和控制應用的要求變得愈來愈嚴苛,資料擷取(DAQ)板卡製造商正提供吞吐速度更快、整合度更高、靈活度更強,且更易於編程的資料擷取板卡。

透過對於最新DAQ板卡進行的分析不難看出,幾乎所有產品都包含了某種形式上的同步採樣,目的在於提高數據吞吐量。實現方法通常使用多個數位類比轉換器(DAC),或者利用一種同步採樣保持(SSH)架構;該架構是由常用於中高通道數資料擷取設備的多工架構演變而來。

“越來越多的高速DAQ板卡使用了同步採樣架構,”Measurement Computing公司負責工程的副總裁Jim Stevens介紹,“這樣的架構縮短了多工設計中所固有的通道轉換延遲,進而能夠在動態應用中實現真正的頻譜分析。”

根據Measurement Computing公司網站上的數據顯示:DAQ板卡通常提供了多達64個通道與16位元解析度,數據吞吐率最高為每秒2千萬個採樣。採樣板通常包含分離式數位雙向I/O線、計數器/定時器以及DAC,為控制應用輸出類比訊號。

Measurement Computing公司的最新產品包括USB-1608HS和USB-1608HS-2A0。這些模組提供真正同時產生的數據擷取,以每通道250kHz的採樣率對最多8個通道的16位元單端或差分類比輸入數據進行擷取。這兩款產品都包含16位元的數位I/O,USB-1608HS-2A0還額外包含兩個訊號範圍在-10到+10V的16位元類比輸出通道。

隨著DAQ板卡製造商使用速度更快的訊號轉換器及其他高速設計技術,數據採樣率也不斷成長。“幾年以前,最快的採樣率就是用於音訊的200ksps,”NI公司高速數位器產品行銷經理Kaustubh Wagle說,“由於技術進步,目前的採樣率可以達到500ksps。”

今天,更多的DAQ板卡開始整合通用串列匯流排(USB)。除了Measurement Computing公司之外,NI也發佈了USB-6221和USB-6229 DAQ板卡,提供最多32個類比輸入和250ksps的單通道採樣率。

儘管PCI和PXI是目前許多最新DAQ板卡中的通用介面匯流排,但USB卻顯示了強勁的發展態勢。“由於可攜式應用的需要,USB已成為資料採集中最常用的匯流排了,”Wagle說。

與PCI相較,USB擷取板卡存在等待時間較長的問題,這是因為USB基於作業系統的存取方式和串列性質降低了數據傳輸率。

NI已經嘗試透過在其USB DAQ板卡中使用訊號串流技術來解決這個問題,該技術可實現同時擷取和產生多工類比和數位I/O訊號。

圖:Adlink公司的DAQ-2016,最大傳輸速率為每通道800ksps。
圖:Adlink公司的DAQ-2016,最大傳輸速率為每通道800ksps。

訊號串流技術結合硬體和軟體的設計原理,借助基於消息而非暫存器的配置,在USB上實現高速雙向數據串流的持續傳送。採用該技術後,該公司在設備上實現的配置縮短了USB的傳輸時間。與單獨使用USB DAQ設備相較,在針對資料密集型應用中,能傳輸更多的同步類比和數位資料。

NI公司的USB擷取板卡包含4個16位元的833kbps類比輸出通道、48個數位I/O通道(以1MHz執行的通道最多可達32路),以及2個32位元計數器/定時器。

PXI匯流排也出現在NI的擷取板卡中。“PXI正使許多新應用得以實現,”NI公司的Wagle表示,“它利用了PCI匯流排的優勢,即基於工業標準的、完整且開放測試測量平台。”

凌華科技(Adlink)已經推出基於PCI和PXI的高採樣率多功能DAQ板卡。據凌華表示,DAQ-2016和PXI-2016提供最高每通道800ksps的傳輸率,適合大規模類比數位資料擷取和工業自動化應用。

圖:NI公司的USB-6229,提供高達32個類比輸入和每通道250ksps的採樣速率。
圖:NI公司的USB-6229,提供高達32個類比輸入和每通道250ksps的採樣速率。

四通道的DAQ-2016和PXI-2016提供16位元解析度,以及各種類比/數位觸發資源和針對多通道同時採樣效率的模式。透過使用系統同步介面或PXI觸發匯流排,這兩款產品能與多個週邊同步。

這兩款資料擷取卡提供2個12位元1Msps的類比輸出、24通道可編程DIO以及2個16位元定時/計數器,為多任務提供靈活性。它們還具有針對C/C++、VB、Delphi、C++編譯器的WDM驅動程式,和針對MATLAB和LabView的.Net編程語言。

Microstar實驗室推出了DAP 5380a,它是一款最多16通道的PCI DAQ板卡。該板卡可擷取14位元數據,在4通道採樣模式下每通道採樣率為800ksps,在8通道模式下每通道採樣率為625ksps。DAP 5380a可以3200ksps的速率把數據傳送給主電腦。它內含一個233MHz的英特爾Pentium處理器和128MB的板上DRAM。

據Measurement Computing公司的Stevens介紹,在晶片製造商的推動下,DAQ板卡實現了更高層次的功能整合,可為客戶提供更高的性價比。“在轉換器前端,傳統上要求用分離式電路實現的訊號調整功能(電橋激勵、DAC平滑等),現在都有整合晶片可供選用,而且這些整合晶片可直接連接到感測器和現場電子線路。”他說。

Stevens接著說道:“包括乙太網路Web伺服器、USB、CAN和UART等在內,當代的微處理器已具有豐富的週邊介面。人們把這些高水準連接與不斷改進的類比功能(如PGA、ADC和DAC,其中一些已接近傳統14位元到16位元微控制器的性能參數)整合在一起。”

“相同的價格,你卻可以得到更多功能,”NI公司產品行銷經理Charlie Stiernberg補充說,“例如,ADC在80和90年代要比現在昂貴得多,但是在單晶片中放入更多通道等ADC技術的最新進展,正有助於降低產品價格。”

圖3:Diamond Systems公司提供具自動校準功能的DMM-32X-AT,工作溫度範圍為-40~+85℃。
圖3:Diamond Systems公司提供具自動校準功能的DMM-32X-AT,工作溫度範圍為-40~+85℃。

板卡製造商也正協助工程師們加速其DAQ系統的設定速度。Diamond Systems公司推出了一款PC/104規格的嵌入式DAQ板DMM-32X-AT,具有先進的自校準功能。它包含32個A/D輸入通道、16位元解析度、最大採樣速率250kHz,可編程的輸入訊號範圍,以及可由用戶選擇的輸入配置(單端和差動)。

該板卡的24路數位I/O具有逐位元(bit-by-bit)的編程能力,和對15mA/64mA增強型輸出電流的緩衝記憶體。板上可編程計數器/定時器電路包括一個用於A/D和D/A採樣計數的32位元計數器/定時器,及一個16位元計數器/定時器。

DMM-32X-AT執行時的溫度範圍為-40~+85℃。它內建了‘通用驅動程式’(Universal Driver)軟體,可提供一個編程庫以簡化對各種板卡特性的控制,使編程者可以快速地開發出應用軟體。

NI公司提供的USB-6221和USB-6229擷取板卡均具有免費的數據記錄軟體,可協助用戶有效利用USB的隨插即用功能,進而協助縮短測量時間。這些板卡也可與NI公司的LabView Signal Express互動式測量軟體和TestStand測試管理軟體進行連結。

作者:秦冰




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