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,，改正將來的測量,。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)鞲衅鳒y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下工作,。圖1顯示了模擬電壓測量設(shè)備。任何在傳感器地和測量系統(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,，去除了來自輸入信號(hào)的噪聲。

圖1：隔離將浮動(dòng)前端和測量設(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，而無需學(xué)習(xí)面包板或電烙鐵的使用,。您可以在軟件中開發(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：您可以通過使用LabVIEW FPGA模塊編寫圖形化代碼來配置FPGA。