NI數(shù)據(jù)采集設備技術總覽

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

NI-STC 2
  NI-STC 2是自定義設計的專用集成電路（ASIC），能夠控制系統(tǒng)的定時、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DMA通道——為每個功能提供了專用DMA控制器
帶有時鐘的數(shù)字I/O線（高達10 MHz）
帶有編碼兼容性的32位計數(shù)器/定時器
為多設備間同步提供RTSI總線信號的發(fā)生和布線
提供內(nèi)部和外部定時信號的發(fā)生和布線
用于時鐘同步的PLL
NI-PGIA 2
  為了確保測量精度，NI為M系列設備設計了定制的NI-PGIA 2技術。每個M系列設備上的NI-PGIA 2都為成本、速度和精度進行了優(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行了優(yōu)化。NI-PGIA 2技術通過減少穩(wěn)定時間、維持設備最大采樣速率下的指定分辨率，從而提高了設備精度。

NI-MCal
  M系列設備還包含NI-MCal技術，這是一個正在申請專利的線性與校準引擎，它能夠?qū)?shù)千個電平和所有輸入范圍進行校準。NI-MCal將脈沖寬度調(diào)制（PWM）和高精度電壓參照結合在一起使用。PWM的占空比用于改變電平，因此自校準可以在多個點上進行。校準常數(shù)被生成并存儲在板載EEPROM上，以便對ADC的非線性性進行建模，改正將來的測量。與傳統(tǒng)的兩點校準相比，NI-MCal技術的應用將測量精度提高了五倍。此外，在大多數(shù)M系列設備上改進的精度參照使得建議的校準間隔從一年延長到兩年，降低了設備的維護成本。

信號流
   為了在USB M系列設備上進行高性能數(shù)據(jù)采集，NI設計了NI數(shù)據(jù)流技術。NI數(shù)據(jù)流將創(chuàng)新的硬件和軟件設計元素整合在一起，在USB總線上實現(xiàn)了持續(xù)高速和雙向數(shù)據(jù)流傳輸。這項新技術幫助工程師在USB總線上實現(xiàn)了高性能應用，而這在過去只可能在PCI等內(nèi)部總線上才能實現(xiàn)。

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

保護昂貴的儀器、用戶和數(shù)據(jù)免受瞬態(tài)大電壓的危害
改進噪聲抑止
去除接地回路
改進共模電壓抑止
  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)其他部分進行隔離。隔離前端接地連接是一個浮動管腳，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的噪聲。

圖1：隔離將浮動前端和測量設備與低電壓后端進行了物理上和電氣上的隔離。[!--empirenews.page--]

S系列技術
   大多數(shù)數(shù)據(jù)采集設備都是通過一個模擬數(shù)字轉換器（ADC）與多路復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)采集設備，但是在所有采樣通道之間共享同一個模擬數(shù)字轉換器，每個通道的采樣速率會降低。例如，對于一個具有16個通道能夠以250 kS/s進行采樣的多路復用設備而言，采樣速率是每通道15.625 kS/s（250 kS/s除以16個通道）。

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

圖2：多路復用數(shù)據(jù)采集設備在多個模擬輸入通道之間使用同一個模擬數(shù)字轉換器

    對比而言，NI的S系列設備為每個通道提供了專用模擬數(shù)字轉換器，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
在進行多通道采集的情況下提供了每個通道更高的采樣速率
保持輸入信號的相位關系

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

R系列智能數(shù)據(jù)采集技術
   NI 的R系列設備并沒有使用一塊固定的ASIC進行設備功能的控制，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FPGA進行配置。您的程序框圖在硬件中運行，為您提供了對所有I/O信號直接的快捷控制。

   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現(xiàn)自定義的硬件功能，而無需學習面包板或電烙鐵的使用。您可以在軟件中開發(fā)數(shù)字計算任務，然后將它們編譯下載到配置文件或包含信息的二進制流中，控制各個組件應該如何相互工作。此外，F(xiàn)PGA還是完全可重復配置的，在您重新編譯一個不同的電路配置之后，就可以立即實現(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。