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    什么時候可以將數字化儀用作示波器,示波器數字化儀和非示波器數字化儀有什么區別?

    文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2019-10-21 16:29:00

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    Spectrum PCIeLXI數字化儀

    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。”

    數字轉換器和適當的軟件可以完成相同的操作。它獲取電壓波形并顯示在屏幕上。最大的區別是示波器通常是一個獨立的儀器,帶有獨立的顯示器。數字化儀是系統組件,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據。所以答案是:數字化儀可以像示波器一樣使用。這就引發了另外兩個問題:為什么要用數字轉換器代替示波器?數字化儀的哪些特性使它可以替代示波器?

    為什么要使用數字化儀而不是示波器?

    這個問題的第一個答案是數字化儀可以支持更多的輸入通道。頻譜數字化儀可為單個數字化儀卡提供多達16個通道,通過Star-Hub鏈接多達16個卡時,則可提供多達256個通道。與示波器相比,這是一個主要優勢,示波器通常僅限于每個儀器少于8個通道。Spectrum8通道數字化儀與8通道示波器相比較,會很容易看到區別。數字轉換器卡非常小,可以直接插入大多數電腦的PCIe插槽中。數字化儀還有一個非常大的優勢,它們在相同數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據移至PC進行處理,那么數字化儀是最佳選擇。Spectrum M4i數字化儀可以通過PCIe總線以高達3.4GB/s的速度傳輸數據,而獨立示波器通常使用USB或LAN等比較慢的接口。這使來自數字化儀的數據比示波器的數據快幾個數量級。因此,當需要定制的信號處理和數據分析時,數字化儀都是首選的工具。

    另一個問題是,是否需要遠程進行測量。基于網絡的數字化儀(如Spectrum digitizerNETBOX)提供LXI控制和數據傳輸,因此數字化儀可位于距測量位置很遠的地方。如果需要從安全控制室,辦公室甚至公司局域網上的其他位置查看數據并控制儀器,這是一個理想的選擇。

    數字化儀是一個可擴展的系統組件。增加通道數和數字轉換器系統的配置很容易。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,示波器是一種結構相對固定的儀器。

    表1比較了數字轉換器和示波器的優點:

    圖片6.png


    數字化儀的哪些特性使其可以替代示波器?

    有數百種數字化儀型號和配置可供選擇。一旦你解決了通道數量和帶寬的基本問題后,在選擇數字轉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。取代示波器的數字化儀也應該這樣做。通常,采樣率應是帶寬的4到5倍,以準確數字化具有快速邊沿的波形。頻譜數字化儀提供了基于鎖相環的可編程時基(PLL)。此外,如果你想驅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數字化儀提供高達4GSamples的標準存儲容量,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位數字轉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行分段,對于要采集多個事件的應用程序,它可以減少采集死區時間(每個事件之間的重新準備時間)。數字化儀通常提供多種不同的采集模式。Spectrum M4i數字化儀提供環形緩沖區模式(類似于示波器的實時采集),FIFO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),結合了慢速連續記錄和對觸發事件的快速采集。這些多種采集模式具有快速的重新準備時間。以Spectrum M4i.22xx8位數字化儀為例,它只有80個采樣周期(即16ns,5GS/s)。這比大多數示波器的1μs重新準備時間短得多。這些不同的采集模式允許用戶配置數字轉換器,以針對不同的應用充分利用采集內存。 

    觸發將數據采集與外部事件同步。有效使用數字轉換器要求設備觸發具有極大的靈活性。基于斜率和信號電平的簡單邊沿觸發是大多數數字化儀設備的標準配置,許多還提供窗口觸發。觸發源包括采集通道和多個外部觸發輸入。為了最大程度地提高觸發靈活性,可以將這些輸入與重新設置功能邏輯地結合起來以產生高級觸發狀態。

    數字化儀的主要優勢之一是能夠快速地將數據傳輸到計算機以進行進一步的分析和歸檔。Spectrum數字化儀采用FIFO模式(流模式),用于在數字化儀緩沖存儲器和PC存儲器之間連續數據傳輸。使用PCI Expressx8Gen2接口的流傳輸速度高達3.4GB/s。大多數使用LXI或USB接口的示波器將數據移至計算機的能力要慢得多。數字化儀的流傳輸功能與快速數據存儲系統(如基于RAID的磁盤驅動器單元)相結合,使數字化儀非常適合需要存儲長時間無縫波形的應用,系統可以輕松實現數小時甚至數天的連續記錄。

    SBench6,用于從模塊化數字化儀獲取,查看,測量和分析數據的軟件

    數字化儀是“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據。相反,這些功能通常由PC執行。 Spectrum提供了一個名為SBench6的功能齊全的程序。該程序可以控制數字轉換器并查看所采集的波形。它可以執行簡單和復雜的測量,并提供多種分析工具。 SBench6支持包括digitizerNETBOX在內的所有Spectrum數字化儀系列,并且是一個功能強大的應用程序,可立即驗證數字化儀的操作。它還允許用戶在開發自己的定制軟件時確認數字轉換器的操作,并作為離線站點進行數據的查看和分析。

    SBench6提供顯示、控制、測量和分析功能,使數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數字化儀控制、獲取、查看、測量和分析數據方面的多功能性。

    圖7.png

    圖1


    SBench6示波器軟件在圖1中,已獲取了兩個數據通道,并顯示在右下方的網格中。下部中心網格中顯示了該跡線的水平擴展。左上角的網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。可以看出,將數字轉換器與SBench6結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(每個顯示網格兩個)和測量參數。在FFT顯示屏上顯示光標,其中測量了5和15MHz處的頻譜線的幅度和頻率。光標讀數出現在與FFT顯示屏相關聯的圖左側的Info窗格中。與通道AI-Ch0關聯的信息窗格中還顯示了21個測量參數中的三個。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,快速傅立葉變換,直方圖,濾波以及模擬域和數字域之間的轉換。

    利用數字化儀代替示波器進行實際測量

    圖片8.png

    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相電流,結果就是各相的瞬時功率。瞬時功率的平均值是有功功率。所有三相功率讀數的總和就是負載的總有功功率。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,則通道數將增加到9個。在這種類型的測量中,能夠在一個數字轉換器卡中指定最多16個通道的靈活性是其主要優勢。

    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在底行。所有三相功率波形的總和,又是模擬總和,出現在最左側的標有“總功率”的網格中。注意,總功率是相對恒定的。左側信息窗格中顯示的參數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

     

    結論

    這些例子顯示了將頻譜數字化儀與SBench6軟件結合起來進行測量,就像一個示波器。請記住數字化儀的主要優點,你下次購買“示波器”實際上可能是數字化儀的優勢。

    •  更大的最大頻道數。

    •  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。

    •  更高的數據吞吐量,實現更快的自動化測量。

    •  對于相同數量的通道,體積更小。

    •  簡單的遠程控制。

    •  定制軟件和訪問現成的分析工具。

    •  模塊化和可擴展性。





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