Терминология, применяемая при дискретизации сигналов
Выборок на канал в секунду – Число выборок, получаемых за одну секунду из одного канала.
Тактовый генератор выборки (Sample Clock) – Последовательность импульсов, используемых для запуска сбора данных. Каждый раз, когда тактовый генератор выборки (ТГВ) выдает импульс, принимается одна выборка из одного канала.
Тактовый генератор преобразователя аналогового ввода (AI Convert Clock) (ТГП) – Последовательность импульсов, используемых для запуска АЦП.
Длительность выборки (Sample Duration) – Время, которое занимает получение одного набора выборок из каналов. Используйте следующую формулу для вычисления длительности выборки:
Длительность выборки = (# каналов – 1) × период импульсов ТГП
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.