NI M系列DAQ中使用的新技术

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。

图 3 M系列设备生成一个板上80MHz频率与一个PLL，以同步多个设备

NI-MCal技术 – 校准和线性化方法

ADC以及可编程放大器等电子元件，都具有非线性特征以及由于时间和温度影响而引起的漂移。要补偿这些固有误差，就需要设备的自校准。老式的数据采集设备使用板上的精确参考电压，在某个测量范围内进行两点式修正。这种方法无法避免ADC元件本身的非线性误差，因此降低了设备的测量精度。另外，这种方法只能在某一输入范围内进行校准，那么对多个不同输入范围的通道而言，测量精度就会受限于电阻网络的容差。

M系列设备则采用了NI-MCal技术。这是一种线性化与校准引擎(专利申请中)，可以在所有输入范围内校准数千个电压准位。NI-MCal将脉冲宽度调制(PWM)和高精度的参考电压结合在一起使用。PWM的占空比用来改变电平，以便能在多点进行自校准。在板载EEPROM中生成并存储校准参数，以模拟ADC元件的非线性特性，并更正后续的测量任务。

与传统的两点式校准相比，NI-MCal技术的实现将测量的精度提高了5倍之多。另外，大部份M系列设备都改善了参考精度，将建议的校准时间间隔由一年提高到两年，从而降低了设备的维护成本。

表1：M系列与E系列的校准比较

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。

图 4 NI-PGIA的建立时间比传统产品更短

来源：维库开发网