NI M系列DAQ中使用的新技术

概览

NI公司的M系列数据采集设备 (DAQ)，以全新的革命性架构，为数据采集硬件功能设定了新标准。这些设备除集成了市面上最先进的技术之外，还吸纳了一些全新设计优势，显著改善其性能，准确性与I/O通道密度：

NI-STC 2 – 自定义的定时控制器ASIC NI-MCal技术 – 具有革命性的校准和线性化方法 NI-PGIA 2技术 可自定义的增益放大器

NI-STC 2是专门为M系列DAQ设备设计的专用集成电路(ASIC)。它增加了每个设备的I/O通道数目，并将数据总吞吐率提高了1200%。NI-MCal技术是一种线性化校准工具，可在所有输入范围内获得无与伦比的精度改善。另外，NI-PGIA 2的可自定义放大器技术，提供了更快的采样速率和更高的分辨率。NI-PGIA 2有三个分别针对成本、速度和精度而优化的版本。

图 1新型M系列技术提供了更高性能、更多I/O数与更大价值

NI-STC 2 – 自定义的系统定时控制器ASIC

NI-STC 2是一款可自定义的ASIC，它可以控制系统的定时、同步以及所有输入输出数据采集操作的路由功能。NI-STC 2 提供了：

6条DMA通道 – 每个功能都有专属的scatter-gather DMA控制器 时钟定时的数字I/O (高达10MHz) 与编码器兼容的32位计数器/定时器 RTSI总线信号路由，用于多个设备的同步 内部和外部定时信号路由 用于时钟同步的PLL

NI-STC 2 – 6个DMA通道

许多即插式数据采集设备并不受限于它们的采样或更新速率，而是受限于它们将数据传送到PC机内存的速度。老式数据采集设备使用中断请求线路 (IRQ)将数据从设备传送至PC机，并且需要设定跳线以避免内存冲突。IRQ使用计算机处理器来控制数据传输，这样会封锁其它PC机正在处理的操作，从而使效率下降。现代数据采集设备拥有板上直接存储器存取(DMA)通道，可以不需要通过CPU，直接将数据从数据采集设备传送至PC内存。DMA可以高速传输数据，并使CPU同时执行其它工作。

新一代数据采集设备(包括M系列设备)，都拥有六条DMA通道。将这项技术应用到NI-STC 2的设备系统和定时控制器中，只需一个设备就可以同时执行模拟输入、模拟输出、数字输入、数字输出和两个计数器/定时器操作；同时，PC处理器可以执行其他一些操作，如数据换算及分析等。因为其它数据采集设备大部分都只有一条DMA通道，所以要同时执行两个或两个以上的操作就必须使用IRQ。随着数据传输率的增加及更多操作的同时进行，这些IRQ将开始占用PC处理器时间，使系统变慢，最终将导致缓冲区溢出错误。而M系列DAQ设备则采用NI STC 2技术，最多可同时执行六项高速操作，同时将数据丢失或缓冲区溢出的错误造成的错误减到最小。

图 2 NI-STC 2拥有6条DMA通道，可大幅度地提高数据吞吐率

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