模塊化數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(gè)通道采集數據，然后傳送給計算機進(jìn)行處理。這些采集模式能讓你高效地使用板載內存，減少兩次采集之間的死區時(shí)間。模塊化數字轉換器經(jīng)常用于采集來(lái)自低占空比信號的數據，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)數據采集應用(如飛行時(shí)間光譜測定和其它基于激勵-響應的分析)。

數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存作為環(huán)形緩沖器，就像示波器一樣。數據被寫(xiě)入數字轉換器的環(huán)形內存中，直到觸發(fā)事件發(fā)生。經(jīng)過(guò)觸發(fā)之后，觸發(fā)后的值被記錄下來(lái)。這將導致記錄的數據中同時(shí)包含觸發(fā)前和觸發(fā)后的值。這種工作模式主要是與數字轉換器的相關(guān)數據采集軟件一起使用。該軟件可以用于查看、記錄和處理采集的信號，驗證數字轉換器的設置，并對數據做初步處理。

另外一種模式是先進(jìn)先出(FIFO)模式，這是一種流模式，是為數字轉換器和外部主機之間連續傳輸數據設計的。本文中提到的數字轉換器Spectrum M4i.4451-x8采用了PCI Express x8 Gen2接口，流速高達3.4GB/s。數據流的控制是驅動(dòng)器根據中斷請求自動(dòng)進(jìn)行的。完整安裝的采集內存用作數據流的緩沖器。

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存。低占空比應用包括了持續時(shí)間短的感興趣事件跟上長(cháng)時(shí)間靜默間隔的那些應用。針對采集這類(lèi)信號優(yōu)化了的采集方法有多段記錄模式、門(mén)控模式和ABA(雙時(shí)基) 采集模式。所有這些模式都會(huì )將內存分段，然后在內存中進(jìn)行多次采集。雙時(shí)基ABA模式可以縮短兩次觸發(fā)之間的采樣率，從而節省內存空間，同時(shí)仍能用于查看兩次觸發(fā)之間的死區時(shí)間內發(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(shí)間記錄多個(gè)觸發(fā)事件。采集內存被分成尺寸相同的多個(gè)段。每個(gè)觸發(fā)事件填裝一段，采集過(guò)程在兩段之間停止。用戶(hù)可以編程段內的觸發(fā)前和觸發(fā)后間隔。采集段的數量?jì)H限于所用的內存容量，當使用FIFO模式時(shí)是沒(méi)有限制的。與多次觸發(fā)相關(guān)的重要數據存儲在采集內存的連續段內。與事件之間的死區時(shí)間相關(guān)的數據是不記錄的。每個(gè)觸發(fā)事件被打上時(shí)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(shí)間戳工作過(guò)程。

門(mén)控采集(圖1c)模式使用門(mén)控(使能)信號的狀態(tài)(可以是另外一個(gè)通道或外部觸發(fā)輸入)啟動(dòng)或停止采樣過(guò)程。只有當門(mén)處于激活狀態(tài)時(shí)才將數據寫(xiě)入內存。就像在多段記錄模式中一樣，用戶(hù)可以編程有關(guān)門(mén)的觸發(fā)前后的時(shí)間間隔。在門(mén)控模式中，時(shí)間戳標志了不包含門(mén)控采集前后間隔的門(mén)的開(kāi)閉。采集的門(mén)段數量受限于采集內存，并且在使用FIFO模式時(shí)僅受主機內存的限制。

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

多段記錄和門(mén)控采集模式具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：

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

ABA模式使用低采樣率查看觸發(fā)之間的信號，同時(shí)用較高的采樣率顯示觸發(fā)端具有較高時(shí)間分辨率的信號分量。這種方法的內存使用效率沒(méi)有多段記錄或門(mén)控模式高，但可以用來(lái)連續地查看兩次觸發(fā)之間發(fā)生的事件。使用時(shí)間戳時(shí)，快慢數據與1個(gè)樣本的分辨率是同步的。
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應用例子

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

每個(gè)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(méi)有顯示出來(lái)的采樣率是7.8MS樣本/秒。最上面的軌跡是對整個(gè)采集過(guò)程的預覽，顯示了多個(gè)脈沖串和處理間隔。中間的軌跡是對5個(gè)段的放大顯示圖。每個(gè)段的開(kāi)始用時(shí)間戳進(jìn)行了標記。最下面的軌跡是采集過(guò)程中第一個(gè)脈沖的放大顯示圖。

從這張圖可以看到單個(gè)脈沖的細節。顯示這些數據的軟件可以表明段是連續的，因為它們確實(shí)存儲在內存中，但整合了測量間距的視圖通常更加有用。通過(guò)只存儲與每次觸發(fā)相關(guān)的段，數字轉換器可以刪除3.5M個(gè)以上的數據樣本，而這些樣本本來(lái)是要在記錄死區時(shí)間的每個(gè)實(shí)例中消耗掉的。

如果兩個(gè)采集段之間的數據比較重要，那就應該采用ABA模式，如圖3所示。在這種模式下，數據使用兩種不同的采樣率進(jìn)行記錄。ABA模式從每個(gè)輸入端產(chǎn)生兩個(gè)數據通道。主數據通道被稱(chēng)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)記錄一段數據。B通道數據采集采用選定的采樣率。每二個(gè)數據通道被稱(chēng)為“A”數據通道，采用分頻的采樣時(shí)鐘連續運行，用于采集較慢的連續信號。A、B數據間的時(shí)間同步是基于采集到的時(shí)間戳完成的。結果顯示在整個(gè)運行時(shí)間內用較慢的A采樣時(shí)鐘實(shí)現了完整的信號采集，同時(shí)在每次觸發(fā)事件點(diǎn)會(huì )產(chǎn)生以較高速率采樣的B段數據，并且對感興趣的區域提供了更多的信息。

圖3的最上方是整個(gè)采集的完整預覽。中間是以選定的采樣率(B采樣時(shí)鐘)記錄的單個(gè)數據段。時(shí)間戳顯示了觸發(fā)時(shí)間。最下方的軌跡是以選定采樣率的1/16采樣的連續“A”數據。注意，連續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(gè)例子顯示了門(mén)控采集模式。這種模式允許由外部門(mén)控信號代替傳統觸發(fā)信號來(lái)控制數據的記錄。如果門(mén)控信號滿(mǎn)足觸發(fā)閾值設置，數據就被記錄。因為門(mén)的寬度可能不完全匹配信號持續時(shí)間，用戶(hù)設定的前后門(mén)控區域可以被增加和采集。門(mén)控段的數量?jì)H限于可用的采集內存，當使用FIFO模式時(shí)是不受限制的。

圖4提供了一個(gè)使用模擬激光信號完成的門(mén)控采集例子。門(mén)控信號標志待觸發(fā)的激光。門(mén)控信號被施加于數字轉換器的第二個(gè)通道，并且這個(gè)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(mén)控信號。注意，128個(gè)樣本的前后區域給門(mén)控區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(gè)激勵。當使用門(mén)控采集模式時(shí)，時(shí)間戳與門(mén)的開(kāi)始和停止邊沿相關(guān)，這可以在段的縮放窗口看出來(lái)。段的持續時(shí)間等于門(mén)控時(shí)間加上前后門(mén)控區域的128個(gè)樣本。

使用門(mén)控采集模式后，只需8kS的采集內存就可以采集18個(gè)脈沖(總的持續時(shí)間等于1.8秒)。

總結

本文詳細介紹了特殊的數據采集模式：多段記錄、門(mén)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(huì )被遺漏?？焖儆|發(fā)重新加載時(shí)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(guò)小編的講解，大家能夠對數據采集模式有一定的了解和研究。

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