模塊化數(shù)字轉(zhuǎn)換器具有許多采集功能,你可以用這些采集功能從多個通道采集數(shù)據(jù),然后傳送給計算機進行處理。這些采集模式能讓你高效地使用板載內(nèi)存,減少兩次采集之間的死區(qū)時間。模塊化數(shù)字轉(zhuǎn)換器經(jīng)常用于采集來自低占空比信號的數(shù)據(jù),例如回波測距(包括雷達、聲納、激光雷達和超聲波),以及瞬態(tài)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用(如飛行時間光譜測定和其它基于激勵-響應(yīng)的分析)。
數(shù)字轉(zhuǎn)換器通常具有兩種使用方式不同的工作模式。標(biāo)準(zhǔn)模式使用采集內(nèi)存作為環(huán)形緩沖器,就像示波器一樣。數(shù)據(jù)被寫入數(shù)字轉(zhuǎn)換器的環(huán)形內(nèi)存中,直到觸發(fā)事件發(fā)生。經(jīng)過觸發(fā)之后,觸發(fā)后的值被記錄下來。這將導(dǎo)致記錄的數(shù)據(jù)中同時包含觸發(fā)前和觸發(fā)后的值。這種工作模式主要是與數(shù)字轉(zhuǎn)換器的相關(guān)數(shù)據(jù)采集軟件一起使用。該軟件可以用于查看、記錄和處理采集的信號,驗證數(shù)字轉(zhuǎn)換器的設(shè)置,并對數(shù)據(jù)做初步處理。
另外一種模式是先進先出(FIFO)模式,這是一種流模式,是為數(shù)字轉(zhuǎn)換器和外部主機之間連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)設(shè)計的。本文中提到的數(shù)字轉(zhuǎn)換器Spectrum M4i.4451-x8采用了PCI Express x8 Gen2接口,流速高達3.4GB/s。數(shù)據(jù)流的控制是驅(qū)動器根據(jù)中斷請求自動進行的。完整安裝的采集內(nèi)存用作數(shù)據(jù)流的緩沖器。
多段記錄模式
不管標(biāo)準(zhǔn)模式還是FIFO模式都提供了三種多段記錄方法,這些方法可以在低占空比的測量應(yīng)用中更加高效地使用采集內(nèi)存。低占空比應(yīng)用包括了持續(xù)時間短的感興趣事件跟上長時間靜默間隔的那些應(yīng)用。針對采集這類信號優(yōu)化了的采集方法有多段記錄模式、門控模式和ABA(雙時基) 采集模式。所有這些模式都會將內(nèi)存分段,然后在內(nèi)存中進行多次采集。雙時基ABA模式可以縮短兩次觸發(fā)之間的采樣率,從而節(jié)省內(nèi)存空間,同時仍能用于查看兩次觸發(fā)之間的死區(qū)時間內(nèi)發(fā)生的事件。下面讓我們看看這些采集模式是如何工作的。圖1對數(shù)字轉(zhuǎn)換器的工作原理做了一些總結(jié)。
門控采集(圖1c)模式使用門控(使能)信號的狀態(tài)(可以是另外一個通道或外部觸發(fā)輸入)啟動或停止采樣過程。只有當(dāng)門處于激活狀態(tài)時才將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。就像在多段記錄模式中一樣,用戶可以編程有關(guān)門的觸發(fā)前后的時間間隔。在門控模式中,時間戳標(biāo)志了不包含門控采集前后間隔的門的開閉。采集的門段數(shù)量受限于采集內(nèi)存,并且在使用FIFO模式時僅受主機內(nèi)存的限制。
圖1d所示的ABA模式是一種雙時基采集,結(jié)合了對觸發(fā)事件的快速采集(B時基)和觸發(fā)之間的緩慢采樣速率(A時基)。ABA模式工作時就像整合了一個快速數(shù)字轉(zhuǎn)換器的慢速數(shù)據(jù)記錄器。觸發(fā)事件的實際位置與多段記錄模式中一樣用時間戳進行標(biāo)志。
多段記錄和門控采集模式具有以下一些優(yōu)點:
1、采集內(nèi)存分段后,由于只在信號激活時以全速采樣率記錄數(shù)據(jù),因此可以更高效地使用內(nèi)存。
2、只存儲重要的測量事件、并且不涉及‘死區(qū)’時間,因此需要傳送的數(shù)據(jù)較少,可以實現(xiàn)對分段信號的連續(xù)數(shù)據(jù)采集和處理。
3、在多段和門控模式中重新加載或觸發(fā)“死區(qū)時間”的次數(shù)減少了。在本例中使用的Spectrum M4i數(shù)字轉(zhuǎn)換器的重新加載時間是40個樣本(+編程的預(yù)觸發(fā))。在最高采樣速率時的重新加載時間短至80ns。短的觸發(fā)重新加載時間意味著即使在高事件速率的應(yīng)用中也能減少事件遺漏的機會。
4、每個觸發(fā)事件的時間戳允許你讀取事件之間的時間差。當(dāng)事件呈現(xiàn)信號中的異常時
,
所有段可以同時查看,各個段可以分別縮放以顯示每次采集中的詳細(xì)內(nèi)容。
ABA模式使用低采樣率查看觸發(fā)之間的信號,同時用較高的采樣率顯示觸發(fā)端具有較高時間分辨率的信號分量。這種方法的內(nèi)存使用效率沒有多段記錄或門控模式高,但可以用來連續(xù)地查看兩次觸發(fā)之間發(fā)生的事件。使用時間戳?xí)r,快慢數(shù)據(jù)與1個樣本的分辨率是同步的。
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應(yīng)用例子
第一個例子(圖2)顯示了對超聲波測距儀的聲音輸出進行的多段記錄模式采集。這個設(shè)備輸出40kHz脈沖信號,然后根據(jù)接收到回波所花的時間確定距離。這些脈沖以5個一組的方式產(chǎn)生,間隔為15μs,處理工作是在這些多個脈沖串之間的450ms“死區(qū)時間”內(nèi)進行的的。聲音信號采用帶寬為100kHz的儀器級麥克風(fēng)拾取。圖2的左邊顯示了采集信號的一些參數(shù)設(shè)置。
從這張圖可以看到單個脈沖的細(xì)節(jié)。顯示這些數(shù)據(jù)的軟件可以表明段是連續(xù)的,因為它們確實存儲在內(nèi)存中,但整合了測量間距的視圖通常更加有用。通過只存儲與每次觸發(fā)相關(guān)的段,數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以刪除3.5M個以上的數(shù)據(jù)樣本,而這些樣本本來是要在記錄死區(qū)時間的每個實例中消耗掉的。
如果兩個采集段之間的數(shù)據(jù)比較重要,那就應(yīng)該采用ABA模式,如圖3所示。在這種模式下,數(shù)據(jù)使用兩種不同的采樣率進行記錄。ABA模式從每個輸入端產(chǎn)生兩個數(shù)據(jù)通道。主數(shù)據(jù)通道被稱為“B”通道,采用多段記錄采集模式,針對檢測到的每次觸發(fā)記錄一段數(shù)據(jù)。B通道數(shù)據(jù)采集采用選定的采樣率。每二個數(shù)據(jù)通道被稱為“A”數(shù)據(jù)通道,采用分頻的采樣時鐘連續(xù)運行,用于采集較慢的連續(xù)信號。A、B數(shù)據(jù)間的時間同步是基于采集到的時間戳完成的。結(jié)果顯示在整個運行時間內(nèi)用較慢的A采樣時鐘實現(xiàn)了完整的信號采集,同時在每次觸發(fā)事件點會產(chǎn)生以較高速率采樣的B段數(shù)據(jù),并且對感興趣的區(qū)域提供了更多的信息。
最后一個例子顯示了門控采集模式。這種模式允許由外部門控信號代替?zhèn)鹘y(tǒng)觸發(fā)信號來控制數(shù)據(jù)的記錄。如果門控信號滿足觸發(fā)閾值設(shè)置,數(shù)據(jù)就被記錄。因為門的寬度可能不完全匹配信號持續(xù)時間,用戶設(shè)定的前后門控區(qū)域可以被增加和采集。門控段的數(shù)量僅限于可用的采集內(nèi)存,當(dāng)使用FIFO模式時是不受限制的。
圖4提供了一個使用模擬激光信號完成的門控采集例子。門控信號標(biāo)志待觸發(fā)的激光。門控信號被施加于數(shù)字轉(zhuǎn)換器的第二個通道,并且這個通道被設(shè)為觸發(fā)源。觸發(fā)閾值電平被設(shè)為150mV。最終采集到的是顯示屏上的激光脈沖和門控信號。注意,128個樣本的前后區(qū)域給門控區(qū)域增加了額外的樣本。正如前面的例子一樣,最上邊的軌跡是預(yù)覽模式,顯示了速率為10Hz的多個激勵。當(dāng)使用門控采集模式時,時間戳與門的開始和停止邊沿相關(guān),這可以在段的縮放窗口看出來。段的持續(xù)時間等于門控時間加上前后門控區(qū)域的128個樣本。
總結(jié)
本文詳細(xì)介紹了特殊的數(shù)據(jù)采集模式:多段記錄、門控采集和ABA。其中ABA可以減少采集和分析低占空比信號所需的內(nèi)存,提高采集的效率。智能采集模式有助于確保重要的事件不會被遺漏。快速觸發(fā)重新加載時間和優(yōu)化后的采集效率可以幫助你采集復(fù)雜的脈沖信號,即使它們以很高的事件速率產(chǎn)生。相信經(jīng)過小編的講解,大家能夠?qū)?shù)據(jù)采集模式有一定的了解和研究。
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