Spectrum PCIe和LXI數(shù)字化儀

這是一個有趣的問題，回答它的最好方法是查閱示波器的定義：“用于測量電壓變化的電子儀器,。它在屏幕上顯示電振蕩的波形,。”

數(shù)字轉(zhuǎn)換器和適當(dāng)?shù)能浖梢酝瓿上嗤牟僮?。它獲取電壓波形并顯示在屏幕上,。最大的區(qū)別是示波器通常是一個獨(dú)立的儀器，帶有獨(dú)立的顯示器,。數(shù)字化儀是系統(tǒng)組件,，它獲取并存儲電壓波形，并使用輔助軟件在屏幕上顯示該數(shù)據(jù),。所以答案是：數(shù)字化儀可以像示波器一樣使用,。這就引發(fā)了另外兩個問題：為什么要用數(shù)字轉(zhuǎn)換器代替示波器？數(shù)字化儀的哪些特性使它可以替代示波器,？

為什么要使用數(shù)字化儀而不是示波器,？

這個問題的第一個答案是數(shù)字化儀可以支持更多的輸入通道,。頻譜數(shù)字化儀可為單個數(shù)字化儀卡提供多達(dá)16個通道，通過Star-Hub鏈接多達(dá)16個卡時,，則可提供多達(dá)256個通道,。與示波器相比，這是一個主要優(yōu)勢,，示波器通常僅限于每個儀器少于8個通道,。Spectrum8通道數(shù)字化儀與8通道示波器相比較，會很容易看到區(qū)別,。數(shù)字轉(zhuǎn)換器卡非常小,，可以直接插入大多數(shù)電腦的PCIe插槽中。數(shù)字化儀還有一個非常大的優(yōu)勢,，它們在相同數(shù)量的通道上具有更低的功耗,。下一個考慮因素是垂直分辨率。示波器最大可提供8到12位的分辨率,，而快速數(shù)字化儀可提供8到16位的分辨率,。請記住，分辨率取決于帶寬,，因此必須比較相同帶寬的儀器,。

如果你需要將具有高吞吐量的數(shù)據(jù)移至PC進(jìn)行處理，那么數(shù)字化儀是最佳選擇,。Spectrum M4i數(shù)字化儀可以通過PCIe總線以高達(dá)3.4GB/s的速度傳輸數(shù)據(jù),，而獨(dú)立示波器通常使用USB或LAN等比較慢的接口。這使來自數(shù)字化儀的數(shù)據(jù)比示波器的數(shù)據(jù)快幾個數(shù)量級,。因此,，當(dāng)需要定制的信號處理和數(shù)據(jù)分析時，數(shù)字化儀都是首選的工具,。

另一個問題是,，是否需要遠(yuǎn)程進(jìn)行測量?；诰W(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化儀（如Spectrum digitizerNETBOX）提供LXI控制和數(shù)據(jù)傳輸,，因此數(shù)字化儀可位于距測量位置很遠(yuǎn)的地方。如果需要從安全控制室,，辦公室甚至公司局域網(wǎng)上的其他位置查看數(shù)據(jù)并控制儀器,，這是一個理想的選擇。

數(shù)字化儀是一個可擴(kuò)展的系統(tǒng)組件,。增加通道數(shù)和數(shù)字轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的配置很容易,。更改或添加卡后，可以修改可用帶寬，采樣率和記錄長度,。相比之下,，示波器是一種結(jié)構(gòu)相對固定的儀器。

表1比較了數(shù)字轉(zhuǎn)換器和示波器的優(yōu)點：

數(shù)字化儀的哪些特性使其可以替代示波器,？

有數(shù)百種數(shù)字化儀型號和配置可供選擇,。一旦你解決了通道數(shù)量和帶寬的基本問題后，在選擇數(shù)字轉(zhuǎn)換器來替代示波器時還需要考慮其他幾件事,。

首先是看采樣率,。它是固定的還是提供可選擇的采樣率？示波器提供可選的采樣率,，能讓你看到不同的頻率信號,。取代示波器的數(shù)字化儀也應(yīng)該這樣做。通常,，采樣率應(yīng)是帶寬的4到5倍,，以準(zhǔn)確數(shù)字化具有快速邊沿的波形。頻譜數(shù)字化儀提供了基于鎖相環(huán)的可編程時基（PLL）,。此外,，如果你想驅(qū)動采樣率或與其他信號源同步，甚至可以使用外部時鐘或外部參考時鐘,。

采集內(nèi)存確定了在不會降低采樣率的情況下能夠采集的最長時間記錄,，而Spectrum M4i數(shù)字化儀提供高達(dá)4GSamples的標(biāo)準(zhǔn)存儲容量，大約是高端示波器最大存儲容量的四倍,。這意味著數(shù)字化儀可以記錄更長的波形,，而無需降低采樣率（因此可以降低寶貴的時間分辨率）。

用作示波器的數(shù)字化儀還需要有一個靈活的前端配置,。Spectrum的M4i.44xx系列14位和16位數(shù)字轉(zhuǎn)換器在其緩沖輸入和50Ω高頻輸入路徑中提供50Ω和1MΩ輸入,，并具有非常高的信號完整性。兩個輸入路徑想示波器一樣都提供了多個輸入范圍,。

示波器提供實時和分段采集模式。順序模式允許對采集存儲器進(jìn)行分段,，對于要采集多個事件的應(yīng)用程序,，它可以減少采集死區(qū)時間（每個事件之間的重新準(zhǔn)備時間）。數(shù)字化儀通常提供多種不同的采集模式,。Spectrum M4i數(shù)字化儀提供環(huán)形緩沖區(qū)模式（類似于示波器的實時采集）,，F(xiàn)IFO或流模式，多重記錄（分段模式）,，門控采樣以及多重時基（ABA模式）,，結(jié)合了慢速連續(xù)記錄和對觸發(fā)事件的快速采集。這些多種采集模式具有快速的重新準(zhǔn)備時間。以Spectrum M4i.22xx8位數(shù)字化儀為例,，它只有80個采樣周期（即16ns,，5GS/s）。這比大多數(shù)示波器的1μs重新準(zhǔn)備時間短得多,。這些不同的采集模式允許用戶配置數(shù)字轉(zhuǎn)換器,，以針對不同的應(yīng)用充分利用采集內(nèi)存。 

觸發(fā)將數(shù)據(jù)采集與外部事件同步,。有效使用數(shù)字轉(zhuǎn)換器要求設(shè)備觸發(fā)具有極大的靈活性,。基于斜率和信號電平的簡單邊沿觸發(fā)是大多數(shù)數(shù)字化儀設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)配置,，許多還提供窗口觸發(fā),。觸發(fā)源包括采集通道和多個外部觸發(fā)輸入。為了最大程度地提高觸發(fā)靈活性,，可以將這些輸入與重新設(shè)置功能邏輯地結(jié)合起來以產(chǎn)生高級觸發(fā)狀態(tài),。

數(shù)字化儀的主要優(yōu)勢之一是能夠快速地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)以進(jìn)行進(jìn)一步的分析和歸檔。Spectrum數(shù)字化儀采用FIFO模式（流模式）,，用于在數(shù)字化儀緩沖存儲器和PC存儲器之間連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸,。使用PCI Expressx8Gen2接口的流傳輸速度高達(dá)3.4GB/s。大多數(shù)使用LXI或USB接口的示波器將數(shù)據(jù)移至計算機(jī)的能力要慢得多,。數(shù)字化儀的流傳輸功能與快速數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)（如基于RAID的磁盤驅(qū)動器單元）相結(jié)合,，使數(shù)字化儀非常適合需要存儲長時間無縫波形的應(yīng)用，系統(tǒng)可以輕松實現(xiàn)數(shù)小時甚至數(shù)天的連續(xù)記錄,。

SBench6,，用于從模塊化數(shù)字化儀獲取，查看,，測量和分析數(shù)據(jù)的軟件

數(shù)字化儀是“盲目”儀器,，通常沒有一個完整的的顯示器來查看，測量或分析其收集的數(shù)據(jù),。相反,，這些功能通常由PC執(zhí)行。 Spectrum提供了一個名為SBench6的功能齊全的程序,。該程序可以控制數(shù)字轉(zhuǎn)換器并查看所采集的波形,。它可以執(zhí)行簡單和復(fù)雜的測量，并提供多種分析工具,。 SBench6支持包括digitizerNETBOX在內(nèi)的所有Spectrum數(shù)字化儀系列,，并且是一個功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序，可立即驗證數(shù)字化儀的操作,。它還允許用戶在開發(fā)自己的定制軟件時確認(rèn)數(shù)字轉(zhuǎn)換器的操作,，并作為離線站點進(jìn)行數(shù)據(jù)的查看和分析。

SBench6提供顯示、控制,、測量和分析功能,，使數(shù)字化儀可以像示波器一樣操作。圖1顯示了SBench 6軟件在使用Spectrum M4i數(shù)字化儀控制,、獲取,、查看、測量和分析數(shù)據(jù)方面的多功能性,。

圖1

SBench6示波器軟件在圖1中,，已獲取了兩個數(shù)據(jù)通道，并顯示在右下方的網(wǎng)格中,。下部中心網(wǎng)格中顯示了該跡線的水平擴(kuò)展,。左上角的網(wǎng)格包含這兩個信號的X-Y圖。左下角的柵格包含組成通道1的信號的14位數(shù)字顯示,。右上角顯示來自通道1的信號的快速傅立葉變換（FFT）,，而上方的中部顯示屏則包含相同信號的直方圖?？梢钥闯?，將數(shù)字轉(zhuǎn)換器與SBench6結(jié)合使用可提供示波器的所有顯示和分析功能。

SBench6還提供了光標(biāo)（每個顯示網(wǎng)格兩個）和測量參數(shù),。在FFT顯示屏上顯示光標(biāo),，其中測量了5和15MHz處的頻譜線的幅度和頻率。光標(biāo)讀數(shù)出現(xiàn)在與FFT顯示屏相關(guān)聯(lián)的圖左側(cè)的Info窗格中,。與通道AI-Ch0關(guān)聯(lián)的信息窗格中還顯示了21個測量參數(shù)中的三個,。包括峰峰值，有效（均方根）幅度和頻率,。SBench6中的分析工具包括求平均值,，波形算術(shù)，快速傅立葉變換,，直方圖,，濾波以及模擬域和數(shù)字域之間的轉(zhuǎn)換。

利用數(shù)字化儀代替示波器進(jìn)行實際測量

圖2

在圖2中,，顯示了WYE連接的相電壓（Va,，Vb和Bc），相電流（Ia,，Ib和Ic）和相功耗（Pa，Pb和Pc）負(fù)載（我們可以訪問相電壓和線電壓）,。將各個相電壓乘以其相關(guān)相電流,，結(jié)果就是各相的瞬時功率。瞬時功率的平均值是有功功率。所有三相功率讀數(shù)的總和就是負(fù)載的總有功功率,。此測量稱為三瓦特表功率測量,。為了使用外部差分探頭電壓測量，需要6個通道,。如果使用單端探頭,，則通道數(shù)將增加到9個。在這種類型的測量中,，能夠在一個數(shù)字轉(zhuǎn)換器卡中指定最多16個通道的靈活性是其主要優(yōu)勢,。

相電壓顯示在圖2的第一行所示。相電流顯示在中間行,。每個波形都用模擬計算相乘,。合成的相位功率出現(xiàn)在底行。所有三相功率波形的總和,，又是模擬總和,，出現(xiàn)在最左側(cè)的標(biāo)有“總功率”的網(wǎng)格中。注意,，總功率是相對恒定的,。左側(cè)信息窗格中顯示的參數(shù)讀取各個相功率波形的平均值以及總功率。三相功率測量的平均值之和等于平均總功率,。測量的總功率為850.9瓦

結(jié)論

這些例子顯示了將頻譜數(shù)字化儀與SBench6軟件結(jié)合起來進(jìn)行測量,，就像一個示波器。請記住數(shù)字化儀的主要優(yōu)點,，你下次購買“示波器”實際上可能是數(shù)字化儀的優(yōu)勢,。

•  更大的最大頻道數(shù)。

•  降低每通道的成本和功耗,。

•  在相稱帶寬下具有更高的幅度分辨率,。

•  更高的數(shù)據(jù)吞吐量，實現(xiàn)更快的自動化測量,。

•  對于相同數(shù)量的通道,，體積更小。

•  簡單的遠(yuǎn)程控制,。

•  定制軟件和訪問現(xiàn)成的分析工具,。

•  模塊化和可擴(kuò)展性。