Spectrum PCIe和LXI數(shù)字化儀

這是一個(gè)有趣的問(wèn)題,，回答它的最好方法是查閱示波器的定義：“用于測(cè)量電壓變化的電子儀器。它在屏幕上顯示電振蕩的波形,?！?/p>

數(shù)字轉(zhuǎn)換器和適當(dāng)?shù)能浖梢酝瓿上嗤牟僮鳌Ｋ@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(gè)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(chǔ)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(gè)問(wèn)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(gè)問(wèn)題的第一個(gè)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(gè)數(shù)字化儀卡提供多達(dá)16個(gè)通道,，通過(guò)Star-Hub鏈接多達(dá)16個(gè)卡時(shí),，則可提供多達(dá)256個(gè)通道。與示波器相比,，這是一個(gè)主要優(yōu)勢(shì),，示波器通常僅限于每個(gè)儀器少于8個(gè)通道。Spectrum8通道數(shù)字化儀與8通道示波器相比較,，會(huì)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(gè)非常大的優(yōu)勢(shì),，它們?cè)谙嗤瑪?shù)量的通道上具有更低的功耗。下一個(gè)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(qǐng)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(guò)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(lái)自數(shù)字化儀的數(shù)據(jù)比示波器的數(shù)據(jù)快幾個(gè)數(shù)量級(jí),。因此,，當(dāng)需要定制的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)分析時(shí)，數(shù)字化儀都是首選的工具,。

另一個(gè)問(wèn)題是,，是否需要遠(yuǎn)程進(jìn)行測(cè)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(cè)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(gè)理想的選擇。

數(shù)字化儀是一個(gè)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(zhǎng)度,。相比之下，示波器是一種結(jié)構(gòu)相對(duì)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(diǎn)：

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(hào)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(wèn)題后,，在選擇數(shù)字轉(zhuǎn)換器來(lái)替代示波器時(shí)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(hào)。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(shí)基（PLL）,。此外，如果你想驅(qū)動(dòng)采樣率或與其他信號(hào)源同步,，甚至可以使用外部時(shí)鐘或外部參考時(shí)鐘,。

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

用作示波器的數(shù)字化儀還需要有一個(gè)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(hào)完整性。兩個(gè)輸入路徑想示波器一樣都提供了多個(gè)輸入范圍,。

示波器提供實(shí)時(shí)和分段采集模式,。順序模式允許對(duì)采集存儲(chǔ)器進(jìn)行分段，對(duì)于要采集多個(gè)事件的應(yīng)用程序,，它可以減少采集死區(qū)時(shí)間（每個(gè)事件之間的重新準(zhǔn)備時(shí)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(lèi)似于示波器的實(shí)時(shí)采集）,，F(xiàn)IFO或流模式,，多重記錄（分段模式），門(mén)控采樣以及多重時(shí)基（ABA模式）,，結(jié)合了慢速連續(xù)記錄和對(duì)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(shí)間。以Spectrum M4i.22xx8位數(shù)字化儀為例,，它只有80個(gè)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(shí)間短得多,。這些不同的采集模式允許用戶(hù)配置數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以針對(duì)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?；谛甭屎托盘?hào)電平的簡(jiǎn)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(gè)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(lái)以產(chǎn)生高級(jí)觸發(fā)狀態(tài)。

數(shù)字化儀的主要優(yōu)勢(shì)之一是能夠快速地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(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(chǔ)器和PC存儲(chǔ)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(jì)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(chǔ)系統(tǒng)（如基于RAID的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器單元）相結(jié)合，使數(shù)字化儀非常適合需要存儲(chǔ)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)縫波形的應(yīng)用,，系統(tǒng)可以輕松實(shí)現(xiàn)數(shù)小時(shí)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(cè)量和分析數(shù)據(jù)的軟件

數(shù)字化儀是“盲目”儀器,，通常沒(méi)有一個(gè)完整的的顯示器來(lái)查看，測(cè)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(gè)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(jiǎn)單和復(fù)雜的測(cè)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(gè)功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序，可立即驗(yàn)證數(shù)字化儀的操作,。它還允許用戶(hù)在開(kāi)發(fā)自己的定制軟件時(shí)確認(rèn)數(shù)字轉(zhuǎn)換器的操作,，并作為離線站點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的查看和分析。

SBench6提供顯示,、控制,、測(cè)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(cè)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(gè)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(gè)信號(hào)的X-Y圖,。左下角的柵格包含組成通道1的信號(hào)的14位數(shù)字顯示,。右上角顯示來(lái)自通道1的信號(hào)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(hào)的直方圖,?？梢钥闯觯瑢?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(gè)顯示網(wǎng)格兩個(gè)）和測(cè)量參數(shù),。在FFT顯示屏上顯示光標(biāo)，其中測(cè)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(gè)測(cè)量參數(shù)中的三個(gè)。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(shí)際測(cè)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(wèn)相電壓和線電壓）。將各個(gè)相電壓乘以其相關(guān)相電流,，結(jié)果就是各相的瞬時(shí)功率,。瞬時(shí)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(cè)量稱(chēng)為三瓦特表功率測(cè)量,。為了使用外部差分探頭電壓測(cè)量，需要6個(gè)通道,。如果使用單端探頭,，則通道數(shù)將增加到9個(gè)。在這種類(lèi)型的測(cè)量中,，能夠在一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換器卡中指定最多16個(gè)通道的靈活性是其主要優(yōu)勢(shì),。

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(gè)波形都用模擬計(jì)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(duì)恒定的。左側(cè)信息窗格中顯示的參數(shù)讀取各個(gè)相功率波形的平均值以及總功率,。三相功率測(cè)量的平均值之和等于平均總功率,。測(cè)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(lái)進(jìn)行測(cè)量，就像一個(gè)示波器,。請(qǐng)記住數(shù)字化儀的主要優(yōu)點(diǎn),，你下次購(gòu)買(mǎi)“示波器”實(shí)際上可能是數(shù)字化儀的優(yōu)勢(shì)。

•  更大的最大頻道數(shù),。

•  降低每通道的成本和功耗,。

•  在相稱(chēng)帶寬下具有更高的幅度分辨率,。

•  更高的數(shù)據(jù)吞吐量，實(shí)現(xiàn)更快的自動(dòng)化測(cè)量,。

•  對(duì)于相同數(shù)量的通道,，體積更小。

•  簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程控制,。

•  定制軟件和訪問(wèn)現(xiàn)成的分析工具,。

•  模塊化和可擴(kuò)展性。