一种用于高通道数应用新技术的实现

　　美国国家仪器有限公司（National Instruments,简称NI）近日发布了NI PXIe系列模块，这是NI推出的灵活的高通道数动态信号采集（DSA）模块。该模块提供可选的AC/DC耦合功能，既可用于麦克风或加速度传感器测量，又可对转速计或其他待测设备进行电压测量。工程师可以只通过一个设备就满足所有的声音与振动采集要求。我们需要可扩展的数据采集软硬件，以高效地采集的数据，"Blue Ridge公司副总裁Michael James先生说，"LabVIEW和NI PXIe DSA模块帮助我们实现自定制应用并可用于实时监测，满足了我们的需求。"

　　PXI标准在不断发展，引进了快速PCI技术之后，使得PXI自动化测试系统拥有了前所未有的高性能。在有些情况下，它支持PXI仪器执行一些以前一直无法完成的测量。PXI Express是PXI的拓展部分。新型PXI Express机箱提供了混合兼容的插槽，使得PXI与PXI Express模块可以协同工作于同一系统。故PXI与PXI Express系统均具有面向自动化测试应用的三个关键技术优势。这些技术优势包括：

　　1） 使用集成信号调理提供更好的测量

　　对于混合信号测试，PXI的另一个技术优势是它提供了在同一个系统中紧密集成多个仪器的能力。这一能力提供了仪器间的同步和模拟与数字数据间的相关，并减少了仪器占用空间。这种仪器系统的混合信号方式使得各种测试应用获益匪浅。多通道混合信号ASIC,如数模转换器，便是一个范例。

　　现代专用集成电路（ASIC）需要满足各种不同信号要求的混合信号输入和输出。按照传统方法，这些设备的自动化测试需要多个工作台仪器，这需要耗费相当大的成本和物理空间。今天，PXI仪器系统提供了一种在单个测试中可以集成多个仪器的单平台解决方案。

　　例如，考虑表征一个4-通道、12-位、100 MHz数模转换器所需的测试仪器。该ASIC需要超过48个同步数字I/O的通道、4个模拟输入通道和一个可编程的DC电源。使用PXI仪器系统，在同一个系统中集成多个PXI仪器可以解决这一测试难题。如下图所示，可以实现多个数字I/O模块的同步，以提供48个满足通道间时间偏移小于1 ns的通道。此外，一个PXI高速数字化仪可以提供100 MS/s的采样率和14-位的。结合使用一个低插入损耗的RF开关之后，该测试系统仅需要一个数字化仪。，可以使用一个PXI可编程电源，以提供从0V到6V的、120?V的电压。

表1：全新NI SC Express产品家族模块比较

 

　　2） 灵活、高性能的同步

　　为了有效使用和分析数据，您必须知道数据的时间相关性。在采集来自不同传感器类型的多个设备或传感器在空间上分步在较大区域时，相关同步数据的复杂度大大提高。同步需求是在选择测量系统时重要的方面。

　　在过去的十多年中，PXI平台为测量系统提供了世界的同步性能。PXI Express是PXI平台的发展，设计用于为测量I/O设备提供高度同步，同时维护向下兼容性。使用PXI Express背板中的100 MHz差分时钟，多个仪器可以将采样时钟基于相同的参考源。背板触发线路允许将机箱中所有设备按照相同的100 MHz时钟边沿进行协同触发。和之前的PXI机箱一样，定时和同步模块可以替换背板时钟，在同一PXI Express机箱中提供更高的时钟，您还可以用于同步多个PXI Express机箱中的测量设备。如果应用需要对分布在长距离的多个机箱进行同步，可以使用GPS或IRIG-B模块使用共用时钟信号进行多机箱同步。

　　SC Express模块使用PXI Express总线提供一个机箱或多个机箱设备之间的紧密同步。举例而言，NI PXIe-4330桥式传感器输入模块在单一机箱中单个模块或不同模块之间具有小于100 ns的通道间偏差。此外，NI用全新的方法增强了NI-DAQmx驱动程序软件，在单个机箱中配置多个SC Express模块进行同步。如下图所示，您可以在NI LabVIEW图形化编程环境或基于文本的通用语言（例如。NET）使用单个NI-DAQmx多设备任务配置并读取来自系统中多个设备的数据，从而大大简化了所需的代码。如果您使用这个编程方法，在无需牺牲性能的情况下，驱动程序自动配置所有定时和触发线路。

　　结构化测试应用通常需要从应变仪和加速度计进行同步测量，从而比较测量到的压力和有限元分析模型中得到的数值。您可以简单地使用单个NI-DAQmx多设备任务读取用全新的NI PXIe-4330桥式传感器输入模块和NI PXIe-4496加速度计输入模块得到的同步应力测量和振动测量，对压力进行测量。和传统仪器不同，对于随着时间发展越来越复杂的设计（例如用更强更轻材料造成的机翼）等结构化测试，SC Express模块具有适应不断变化需求的灵活性。

　　3） 高数据吞吐量

　　PXI Express仪器的技术优势在于快速PCI总线的高数据吞吐量。这一优势不仅缩短了常见自动化测试应用的测试时间，也使得迄今现成商用硬件无法支持的新型应用成为可能。范例之一便是智能信号和数字视频测试等应用的数据流盘场景。

　　传统的工作台仪器系统，如任意波形发射器、逻辑分析仪和示波器等，使用板载有限的存储器作为存储波形数据的临时缓存。板载存储器昂贵而且可用空间有限。此外，这些仪器可以通过GPIB、LAN或USB接口将波形输入至PC或自PC输出波形。糟糕的是，这样的数据吞吐量只有每秒几兆字节。对于数据流盘或者数据流导入内存的应用，需要高得多的吞吐量。PXI Express凭借其高吞吐量和低总线时延，提供了一个有说服力的解决方案。

　　幸运的是，LabVIEW的多线程编程模型使得数据流导盘应用可以被方便地优化。由于LabVIEW动态地分配编程任务至多个线程，我们可以通过将仪器I/O和文件I/O分解成两个独立的while循环，实现更高的吞吐量。推荐使用的编程方式为生产者-消费者循环结构，如下图所示。

 

图1：NI-DAQmx多设备任务从NI PXIe-4330桥式传感器输入模块和NI PXIe-4496加速度计输入模块读取同步的张力和加速度计数据。

 

　　许多军事和航天测试工程师需要测量数百个处于不同电压或地电平的模拟信号。除了能够扩展到数百个通道的灵活性之外，测量系统必须具备通道间隔离的模拟输入，以便安全地测量来自这些测试单元的信号。全新的NI PXIe-4300高电压模拟输入模块和带有TDMS功能的NI DAQmx能够很好地满足这些测试单元的挑战。

　　快速方便地构造可扩展高通道数传感器管理系统

　　SC Express模块在PXI Express总线上提供了集成信号调理和数据采集，提供了带有同步和高数据吞吐量的更高测量。如果您将测量模块结合NI-DAQmx特性（包括TDMS和多设备任务），就可以方便地构建可扩展传感器测量系统，满足您高通道数测量应用的独特需求。

 

图2：SC Express模块的总吞吐量随着通道数增加而增加。

 

　　全新自带信号调理的PXI Express数据采集模块

　　全新推出的自带信号调理的高性能PXI Express数据采集（DAQ）模块是实现应变、全桥、热电偶以及高电压测量的理想平台。这些SC Express模块提供了更高的测量、更高的数据吞吐以及与高通道数测量应用更紧密的同步性能。NI PXIe-4330 桥路输入模块为每个通道配备了24位 ADC 以及高达每通道25kS/s的采样率。NI PXIe-4353热电偶输入模块则具备24位的分辨率，达到0.3摄氏度以及300V板级隔离。NI PXIe-4300高电压模拟输入模块提供了通道间隔离以及每通道可测量高达300V的同步ADC芯片。作为PXI平台的一部分，SC Express模块可方便地与其他PXI模块进行同步，例如NI X系列数据采集设备、NI DSA模块以及其他模块化仪器。