模塊化數(shù)字轉換器具有許多采集功能，你可以用這些采集功能從多個通道采集數(shù)據(jù)，然后傳送給計算機進行處理。這些采集模式能讓你高效地使用板載內(nèi)存，減少兩次采集之間的死區(qū)時間。模塊化數(shù)字轉換器經(jīng)常用于采集來自低占空比信號的數(shù)據(jù)，例如回波測距(包括雷達、聲納、激光雷達和超聲波)，以及瞬態(tài)數(shù)據(jù)采集應用(如飛行時間光譜測定和其它基于激勵-響應的分析)。

數(shù)字轉換器通常具有兩種使用方式不同的工作模式。標準模式使用采集內(nèi)存作為環(huán)形緩沖器，就像示波器一樣。數(shù)據(jù)被寫入數(shù)字轉換器的環(huán)形內(nèi)存中，直到觸發(fā)事件發(fā)生。經(jīng)過觸發(fā)之后，觸發(fā)后的值被記錄下來。這將導致記錄的數(shù)據(jù)中同時包含觸發(fā)前和觸發(fā)后的值。這種工作模式主要是與數(shù)字轉換器的相關數(shù)據(jù)采集軟件一起使用。該軟件可以用于查看、記錄和處理采集的信號，驗證數(shù)字轉換器的設置，并對數(shù)據(jù)做初步處理。

另外一種模式是先進先出(FIFO)模式，這是一種流模式，是為數(shù)字轉換器和外部主機之間連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)設計的。本文中提到的數(shù)字轉換器Spectrum M4i.4451-x8采用了PCI Express x8 Gen2接口，流速高達3.4GB/s。數(shù)據(jù)流的控制是驅(qū)動器根據(jù)中斷請求自動進行的。完整安裝的采集內(nèi)存用作數(shù)據(jù)流的緩沖器。

多段記錄模式

不管標準模式還是FIFO模式都提供了三種多段記錄方法，這些方法可以在低占空比的測量應用中更加高效地使用采集內(nèi)存。低占空比應用包括了持續(xù)時間短的感興趣事件跟上長時間靜默間隔的那些應用。針對采集這類信號優(yōu)化了的采集方法有多段記錄模式、門控模式和ABA(雙時基) 采集模式。所有這些模式都會將內(nèi)存分段，然后在內(nèi)存中進行多次采集。雙時基ABA模式可以縮短兩次觸發(fā)之間的采樣率，從而節(jié)省內(nèi)存空間，同時仍能用于查看兩次觸發(fā)之間的死區(qū)時間內(nèi)發(fā)生的事件。下面讓我們看看這些采集模式是如何工作的。圖1對數(shù)字轉換器的工作原理做了一些總結。

多段記錄(分段)模式(圖1a)允許以特別短的重新加載時間記錄多個觸發(fā)事件。采集內(nèi)存被分成尺寸相同的多個段。每個觸發(fā)事件填裝一段，采集過程在兩段之間停止。用戶可以編程段內(nèi)的觸發(fā)前和觸發(fā)后間隔。采集段的數(shù)量僅限于所用的內(nèi)存容量，當使用FIFO模式時是沒有限制的。與多次觸發(fā)相關的重要數(shù)據(jù)存儲在采集內(nèi)存的連續(xù)段內(nèi)。與事件之間的死區(qū)時間相關的數(shù)據(jù)是不記錄的。每個觸發(fā)事件被打上時間戳，因此每次觸發(fā)的精確位置是知道的。圖1b以圖形化的方式顯示了多段記錄模式下的時間戳工作過程。

門控采集(圖1c)模式使用門控(使能)信號的狀態(tài)(可以是另外一個通道或外部觸發(fā)輸入)啟動或停止采樣過程。只有當門處于激活狀態(tài)時才將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。就像在多段記錄模式中一樣，用戶可以編程有關門的觸發(fā)前后的時間間隔。在門控模式中，時間戳標志了不包含門控采集前后間隔的門的開閉。采集的門段數(shù)量受限于采集內(nèi)存，并且在使用FIFO模式時僅受主機內(nèi)存的限制。

圖1d所示的ABA模式是一種雙時基采集，結合了對觸發(fā)事件的快速采集(B時基)和觸發(fā)之間的緩慢采樣速率(A時基)。ABA模式工作時就像整合了一個快速數(shù)字轉換器的慢速數(shù)據(jù)記錄器。觸發(fā)事件的實際位置與多段記錄模式中一樣用時間戳進行標志。

多段記錄和門控采集模式具有以下一些優(yōu)點：

1、采集內(nèi)存分段后，由于只在信號激活時以全速采樣率記錄數(shù)據(jù)，因此可以更高效地使用內(nèi)存。
2、只存儲重要的測量事件、并且不涉及‘死區(qū)’時間，因此需要傳送的數(shù)據(jù)較少，可以實現(xiàn)對分段信號的連續(xù)數(shù)據(jù)采集和處理。
3、在多段和門控模式中重新加載或觸發(fā)“死區(qū)時間”的次數(shù)減少了。在本例中使用的Spectrum M4i數(shù)字轉換器的重新加載時間是40個樣本(+編程的預觸發(fā))。在最高采樣速率時的重新加載時間短至80ns。短的觸發(fā)重新加載時間意味著即使在高事件速率的應用中也能減少事件遺漏的機會。
4、每個觸發(fā)事件的時間戳允許你讀取事件之間的時間差。當事件呈現(xiàn)信號中的異常時
，
所有段可以同時查看，各個段可以分別縮放以顯示每次采集中的詳細內(nèi)容。

ABA模式使用低采樣率查看觸發(fā)之間的信號，同時用較高的采樣率顯示觸發(fā)端具有較高時間分辨率的信號分量。這種方法的內(nèi)存使用效率沒有多段記錄或門控模式高，但可以用來連續(xù)地查看兩次觸發(fā)之間發(fā)生的事件。使用時間戳時，快慢數(shù)據(jù)與1個樣本的分辨率是同步的。
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應用例子

第一個例子(圖2)顯示了對超聲波測距儀的聲音輸出進行的多段記錄模式采集。這個設備輸出40kHz脈沖信號，然后根據(jù)接收到回波所花的時間確定距離。這些脈沖以5個一組的方式產(chǎn)生，間隔為15μs，處理工作是在這些多個脈沖串之間的450ms“死區(qū)時間”內(nèi)進行的的。聲音信號采用帶寬為100kHz的儀器級麥克風拾取。圖2的左邊顯示了采集信號的一些參數(shù)設置。

每個段包含32k樣本，其中1k是觸發(fā)前樣本，31k是觸發(fā)后樣本的記錄。圖中沒有顯示出來的采樣率是7.8MS樣本/秒。最上面的軌跡是對整個采集過程的預覽，顯示了多個脈沖串和處理間隔。中間的軌跡是對5個段的放大顯示圖。每個段的開始用時間戳進行了標記。最下面的軌跡是采集過程中第一個脈沖的放大顯示圖。

從這張圖可以看到單個脈沖的細節(jié)。顯示這些數(shù)據(jù)的軟件可以表明段是連續(xù)的，因為它們確實存儲在內(nèi)存中，但整合了測量間距的視圖通常更加有用。通過只存儲與每次觸發(fā)相關的段，數(shù)字轉換器可以刪除3.5M個以上的數(shù)據(jù)樣本，而這些樣本本來是要在記錄死區(qū)時間的每個實例中消耗掉的。

如果兩個采集段之間的數(shù)據(jù)比較重要，那就應該采用ABA模式，如圖3所示。在這種模式下，數(shù)據(jù)使用兩種不同的采樣率進行記錄。ABA模式從每個輸入端產(chǎn)生兩個數(shù)據(jù)通道。主數(shù)據(jù)通道被稱為“B”通道，采用多段記錄采集模式，針對檢測到的每次觸發(fā)記錄一段數(shù)據(jù)。B通道數(shù)據(jù)采集采用選定的采樣率。每二個數(shù)據(jù)通道被稱為“A”數(shù)據(jù)通道，采用分頻的采樣時鐘連續(xù)運行，用于采集較慢的連續(xù)信號。A、B數(shù)據(jù)間的時間同步是基于采集到的時間戳完成的。結果顯示在整個運行時間內(nèi)用較慢的A采樣時鐘實現(xiàn)了完整的信號采集，同時在每次觸發(fā)事件點會產(chǎn)生以較高速率采樣的B段數(shù)據(jù)，并且對感興趣的區(qū)域提供了更多的信息。

圖3的最上方是整個采集的完整預覽。中間是以選定的采樣率(B采樣時鐘)記錄的單個數(shù)據(jù)段。時間戳顯示了觸發(fā)時間。最下方的軌跡是以選定采樣率的1/16采樣的連續(xù)“A”數(shù)據(jù)。注意，連續(xù)記錄顯示了在使用多段記錄模式的圖2中不是很明顯的脈沖間信息。

最后一個例子顯示了門控采集模式。這種模式允許由外部門控信號代替?zhèn)鹘y(tǒng)觸發(fā)信號來控制數(shù)據(jù)的記錄。如果門控信號滿足觸發(fā)閾值設置，數(shù)據(jù)就被記錄。因為門的寬度可能不完全匹配信號持續(xù)時間，用戶設定的前后門控區(qū)域可以被增加和采集。門控段的數(shù)量僅限于可用的采集內(nèi)存，當使用FIFO模式時是不受限制的。

圖4提供了一個使用模擬激光信號完成的門控采集例子。門控信號標志待觸發(fā)的激光。門控信號被施加于數(shù)字轉換器的第二個通道，并且這個通道被設為觸發(fā)源。觸發(fā)閾值電平被設為150mV。最終采集到的是顯示屏上的激光脈沖和門控信號。注意，128個樣本的前后區(qū)域給門控區(qū)域增加了額外的樣本。正如前面的例子一樣，最上邊的軌跡是預覽模式，顯示了速率為10Hz的多個激勵。當使用門控采集模式時，時間戳與門的開始和停止邊沿相關，這可以在段的縮放窗口看出來。段的持續(xù)時間等于門控時間加上前后門控區(qū)域的128個樣本。

使用門控采集模式后，只需8kS的采集內(nèi)存就可以采集18個脈沖(總的持續(xù)時間等于1.8秒)。

總結

本文詳細介紹了特殊的數(shù)據(jù)采集模式：多段記錄、門控采集和ABA。其中ABA可以減少采集和分析低占空比信號所需的內(nèi)存，提高采集的效率。智能采集模式有助于確保重要的事件不會被遺漏?？焖儆|發(fā)重新加載時間和優(yōu)化后的采集效率可以幫助你采集復雜的脈沖信號，即使它們以很高的事件速率產(chǎn)生。相信經(jīng)過小編的講解，大家能夠?qū)?shù)據(jù)采集模式有一定的了解和研究。

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