T-Clock技术 实现PXI整合同步测试

图 11. 使用 NI PXI-6653 系统频率与控制模块进行多机架同步化；由主控机架发送 10 MHz 参考频率至所有的从属机架。NI MXI-4 可控制所有的从属机架。

TClk 同步化的目的，是让设备能够同时对触发器响应。"同时"指在同取样时段中，而且尽可能校准其取样频率。达成 TClk 同步化的方式，是让每一部设备根据取样频率产生一个触发频率 (TClk)。触发器与 Tclk 脉冲进行同步化。从外部来源接收的触发器，或是在内部自行产生的设备，将于 TClk 的负缘 (falling edge) 上传送信号至所有设备(包含本身)。TClk 频率低于取样频率与 PXI 的 10 MHz 参考频率，以配合 NI PXI-1045 的18 槽机架(从插槽 1 至插槽 18 之间的传播延迟，可能会延长至数个毫微秒)。如果应用程序呼叫多部机架时，传播延迟高于一般正常机架间的延迟，则可设定 TClk 频率。

此时即出现"实时"数据采集的问题；如果符合触发器条件，而且必须触发 10 部示波器，那么由于触发器对 TClk 的同步化操作，潜在的问题就会浮现。处理这个问题的方法，是使用设备样本内存缓冲区中的触发前样本与触发后样本。所有的 TClk 设备，均能接受因触发器对 TClk 进行同步化而造成的时间延迟。举例来说，将10 部示波器设定为同时采集 10,000 个样本。取样率为 200 MS/s (取样时间5 ns)，而引用之 TClk 频率则设定为 5 MHz (取样时间200 ns)。这表示因 TClk 对触发器同步化所导致的采集延迟，可能高达 40 个样本。TClk 设备的设计会自动填补内存缓冲区，以补偿触发事件和开始采集之间的延迟，而 NI-TClk 驱动程序软件会自动调整所有示波器上的时间标记，以反应开始采集与触发事件之间的时间关系。

使用内部(PXI) 参考频率，或使用者参考频率进行TClk 运作的概述

所有设备以下列的方式进行同步化。请参阅图 12 的计时图表，了解取样频率的校准；图 13 则说明触发器的发送与接收。

1. 每部设备都设定1 个取样频率，并且设定为接收TClk触发器。

2. NI-TClk 软件根据取样频率与设备数目，来自动计算TClk 频率，每部设备皆产生TClk (自该设备的取样频率而来)。

3. PXI 10 MHz 参考频率(在PCI 环境中，则使用某一个设备的内建参考频率) 发送至所有设备，锁定所有设备的取样频率相位。

4. 每一部设备的取样频率相位皆锁定于10 MHz 参考频率，但是在这个阶段中，并不一定和彼此同相(in phase)。

5. 一个称为同步脉冲频率(Sync Pulse Clock) 的时间信号，将通过PXI 触发器总线(在PCI 适配卡上则通过RTSI 总线)，发送给所有频率类似参考频率的设备。10 MHz 参考频率在此除了是参考频率之外，也扮演同步脉冲频率的角色。

6. 当PXI 触发器总线(在PCI 适配卡上则为RTSI 总线) 上的同步脉冲频率(10 MHz 参考频率) 够高时，即从其中一部设备产生同步脉冲。

7. 在收到同步脉冲时，每设备经过初始化，以寻找同步脉冲频率的第一个正缘(rising edge)。

8. 在侦测到同步脉冲频率的第一个正缘时，每部设备均程序设计为测量此正缘和TClk 设备第一个正缘之间的时间。所有设备均会测量这2 道正缘之间的时间。

9.所有设备上的TClk 测量结果，将比较另一个TClk 参考测量(NI-TClk 驱动程序会自动选择其中一部设备)，而且所有设备的取样频率与TClk，均藉由调整所有设备上的相位DAC 输出，以自动进行校准。

10. 在校准所有设备的取样频率之后，触发器信号即从指定的主要设备，通过TClk 发送至其他所有设备。触发器信号随着主要设备的TClk 负缘发送，所有的设备都被设定于TClk 的下一个正缘时，启动信号产生或采集。这个信号也通过PXI 触发器总线(PCI 适配卡则通过RTSI 总线) 来发送。请参阅图13。

T-Clock 同步化有2 项属性可影响此方法：

•  同步脉冲的发送对于TClk 同步化而言极为重要。同步脉冲必须到达每一部设备，让每一部设备在进行TClk 测量时，都寻找同步脉冲频率的同一段正缘。偏斜(skew) 不能超过同步脉冲频率的期间。只要同步脉冲频率期间为100 ns，这个问题很容易就可以解决。TClk 同步化可轻易地从在一部机架内扩充到数10 部机架，因为每呎50 奥姆缆线的标准延迟是2 ns。

•  取样频率校准的正确性与同步脉冲频率(参考频率) 的偏斜息息相关。参阅图12，则可看到2 部设备接收到的参考频率均产生偏斜。假设已校准2 部设备的TClk 测量的同步脉冲频率；2 个TClk 测量之间的差异用于移动取样频率，使之进行校准。同时在下一节中我们也可以看到，利用目前的技术，可以达到2 个层次的效能：实时效能与校正效能。

图 12. 使用 TClk 校准取样频率的时间