Триггеры. Гистерезис.
Триггеры
Триггером называется сигнал, вызывающий действие, такое как сбор данных. Триггер используется, когда необходимо начать измерение в определенное время. Например, предположим, что вы хотите проверить отклик схемы на импульсное воздействие. Можно использовать этот импульс в качестве триггера, который сообщает измерительному устройству, что необходимо начать сбор данных. Если вы не будете использовать триггер, то должны будете начать сбор данных перед тем, как подать тестовый импульс.
При настройке триггера необходимо выяснить два главных вопроса: какое действие должен вызвать триггер и какого типа триггер использовать.
Если нужно, чтобы триггер начал процесс измерения, используйте триггер запуска (Start Trigger). Если вы хотите получить данные до того, как возникло триггерное событие, используйте опорный триггер (Reference Trigger), известный также как триггер остановки, для захвата выборок до и после триггерного события, которое становится в этом случае исходной точкой отсчета для выборок.
Кроме задания действия, обуславливаемого триггером, необходимо определить источник триггера. Если вы хотите, чтобы триггером являлся аналоговый сигнал, используйте аналоговый триггер (Analog Trigger) по фронту или аналоговый триггер по двум фронтам. Если триггерный сигнал цифровой, то можно использовать цифровой триггер (Digital Trigger) по фронту с PFI контактом в качестве источника.
Гистерезис
Гистерезис добавляет интервал срабатывания выше или ниже триггерного уровня и часто используется для уменьшения вероятности ложного срабатывания триггера из-за помех или дрожания сигнала. При использовании гистерезиса совместно с нарастающим фронтом сигнала триггерное событие наступает, когда сигнал изменяется, начинаясь ниже порогового уровня level (threshold level), и затем проходит выше этого уровня, пересекая его. Снятие триггера происходит, когда сигнал спадает, пересекая уровень level минус hysteresis (гистерезис).
При использовании гистерезиса совместно со спадающим фронтом сигнала триггерное событие наступает, когда сигнал изменяется, начинаясь с уровня выше порогового level (threshold level), и затем проходит ниже этого уровня, пересекая его. Снятие триггера происходит, когда сигнал нарастает, пересекая уровень level плюс hysteresis.
Следующая иллюстрация демонстрирует захват данных с использованием гистерезиса при нарастающем и спадающем фронтах сигнала на уровне 2.7 вольт.
Выборки. Интервальная. Циклическая. Одновременная.
Интервальная выборка
При оцифровке сигнала вы можете использовать различные способы дискретизации: интервальный, циклический и одновременный. Следующая иллюстрация показывает пример интервальной выборки.
В наиболее распространенном методе интервальной выборки (interval sampling) все каналы устройства использует один АЦП. Эту архитектуру можно найти в большинстве устройств Е- и М-серий. При этом для управления мультиплексором (multiplexer – MUX) используются тактовые генераторы выборки и преобразователя аналогового ввода. Для того чтобы понять, каким образом взаимодействуют эти генераторы, рассмотрим пример получения данных из двух каналов. Когда генератор выборки дает сигнал о начале сбора данных, мультиплексор подключает первый канал к АЦП, и однократно срабатывает тактовый генератор преобразователя. Как только ТГП посылает импульс, АЦП получает одну точку данных из первого канала. Перед тем как ТГП снова пошлет импульс, мультиплексор подключит второй канал к АЦП. Как только это произойдет, со следующим импульсом ТГП АЦП возьмет одну точку данных уже из второго канала. По завершении времени (длительности) выборки, ТГВ снова генерирует импульс, и цикл повторяется. ТГВ задает частоту, с которой устройство производит выборку данных из всех каналов. А тактовый генератор преобразователя фактически управляет получением выборок. Поскольку при интервальной выборке используются ТГВ и ТГП, устройство может производить выборку из каналов за короткий промежуток времени.
На предыдущем рисунке устройство производит выборку из каждого канала каждую секунду, а задержка между выборками из разных каналов равна всего лишь 5 мкс (это определяется периодом тактового генератора преобразователя аналогового ввода). Таким образом, вы можете достигнуть почти одновременной выборки из каналов, имея только один АЦП, что выгодно с точки зрения стоимости DAQ-устройства.
Циклическая выборка
При циклической выборке (round-robin sampling) также используется один АЦП для всех каналов. Различие между данным методом и интервальной выборкой состоит в том, что при циклической выборке не используется генератор развертки (scan clock) – традиционное название ТГВ. Тактовый генератор каналов (channel clock) запускает развертку и определяет время между выборками. Следующий рисунок иллюстрирует пример циклической выборки.
В примере с интервальной выборкой устройство запускало оцифровку каждого канала с интервалом в секунду. Каналов сбора данных было два. В данном примере, показанном на предыдущем рисунке, условия те же. Однако здесь только один генератор, так что точки данных должны быть распределены равномерно. Единственный способ распределить данные равномерно с частотой одна выборка в секунду на один канал и две выборки на два канала в секунду, – это использовать ТГП с частотой две выборки в секунду. Различие между данным примером и интервальной выборкой в том, что длительность выборки теперь равна 0.5 секунды вместо 5 мкс.
При использовании интервальной выборки точки данных из различных каналов принимаются в близкие моменты времени. При использовании циклической оцифровки выборки разделены большим промежутком времени. Хотя циклическая выборка проще, так как использует всего лишь один генератор, ее можно использовать, только если временные отношения между сигналами не играют большой роли. Такую архитектуру оцифровки данных можно найти в устаревших устройствах.
Одновременная выборка
Если временные соотношения между сигналами играют важную роль, можно использовать интервальную выборку, но в ряде случаев интервальная развертка не может с достаточной точностью обеспечить временных соотношений между сигналами. В этом случае необходимо использовать одновременную выборку, как показано на следующем рисунке.
При одновременной выборке (simultaneous sampling) используется по одному АЦП для каждого из каналов, так что вы можете оцифровывать сигналы во всех каналах одновременно. Хотя это требует более дорогостоящей архитектуры, чем при интервальной выборке, зато исключается запаздывание между каналами, обусловленное совместным использованием АЦП всеми каналами. Поскольку при такой дискретизации выборки из каналов происходят одновременно, для задания частоты выборки достаточно только ТГВ.
Сравним все три типа дискретизации, определяя фазовый сдвиг, возникающий при оцифровке четырех 50 кГц сигналов с частотой 200 кГц. При циклической дискретизации все выборки должны быть равномерно распределены во времени, что является причиной 15 мкс задержки между временем выборки в канале 0 и временем выборки в канале 3. Это соответствует фазовому сдвигу 270 градусов. При интервальной дискретизации будем считать, что межканальная задержка составляет 5 мкс. Снова получаем 15 мкс задержку между нулевым и третьим каналами. При одновременной дискретизации задержка между крайними каналами составит три наносекунды, что приведет к фазовому сдвигу 0.054 градуса. Таким образом, одновременная выборка имеет громадное преимущество, сохраняя временные соотношения между сигналами, хотя и достигается это более высокой стоимостью. Одновременную выборку могут осуществлять устройства серии PCI/PXI-611X (S-серия).