NI M系列DAQ中使用的新技术

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。

M系列
老式E系列

校准类型
多项式校准，所有输入范围
线性校准，一个输入范围

典型自校准时间
7秒
30秒

校准间隔需求
两年
一年

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 µs内达到虚零误差。

图 4 NI-PGIA的建立时间比传统产品更短

更多的 I/O 和其他特征

M系列设备为即插式数据采集新增了一些额外功能，以提高测量精度和安全性，并易于使用。尽管12位和16位的数据采集设备已经成为现今的测量标准，但M系列的设备却有18位的分辨率。18位ADC所能检测到的最小电压变化，仅仅是16位设备的1/4，更是12位设备的1/64。这些18位的设备还包含一个可编程的低通滤波器，可以避免高频噪声的量化。

M系列设备的数字线路具有过压、低压及过电流保护装置，可以在过高的信号被意外加到数字线路上时，避免对设备及 PC 造成损坏。另外，工业继电器和交换器中常常有数字跳跃(digital bounce)现象，而计数器/定时器线路中的输入滤波器可以避免这种现象。数字保护和计数器/定时器的线路滤波器，对于工业及控制应用都特别有用。

所有M系列设备都具有NI-DAQmx的测量服务及驱动程序软件。NI-DAQmx为数据采集的生产率和性能带来空前的改进。集成的DAQ助手提供了一个一步一步的向导工具，帮助对测量任务进行配置、测试和编程。另外，NI-DAQmx支持多线程，这样便可以在一块处理器 上同时执行多个操作。

M系列的DAQ设备可以与IEEE 1451.4的智能传感器无缝合作。你可以采用M系列的DAQ设备、NI的信号调理和NI-DAQmx测量服务软件来读取智能传感器的数据。这样便无需手动输入传感器数据，取而代之，可以自动读取传感器的电子数据表，并用它对传感器测量进行定标。

总结了NI的M 系列和老式E 系列的DAQ 设备之间的差异。

M系列
E系列

模拟输入
通道
16或32个
16或64个

采样速率
最高1.25 MS/s (16位)
最高1.25 MS/s (12位)

分辨率
16或18位
12或16位

校准方法
NI-MCal (适用所有范围)
线性两点式 (试用单一范围)

可编程低通输入滤波器
有1
无

模拟输出
通道
0, 2, 或4个
0或2个

更新速率
最高2.8 MS/s, 16位
最高333 kS/s, 16位

分辨率
16位
12或16位

输出范围
每通道可编程1
±10 V, 0到10 V

输出偏移量
每通道可编程1
0 V

数字输入/输出
线路
24或48个
8或32个

速率
10 MHz, 时钟同步1
软件定时

相关数字IO
有
无

线路保