分析数据采集单元发展趋势

随着测试测量和控制应用的要求变得愈发苛刻，数据采集(DAQ)板制造商正在提供吞吐速度更快、集成度更高、灵活性更强，且更易于编程的数据采集板。

通过对最新的DAQ板进行分析不难看出，几乎所有产品都包含了某种形式上的同时采样(simultaneous sampling)，目的在于提高数据吞吐量。实现手法要么是使用一种由多路架构(通常被用于中到高通道数的数据采集设备)演变而来的同步采样保持(SSH)架构，要么使用多个DAC。

“越来越多的高速DAQ板在使用同时采样架构，”Measurement Computing公司负责工程的副总裁Jim Stevens介绍，“这样的架构缩短了多路设计中所固有的通道转换延迟，进而能够在动态应用中实现真正的频谱分析。”

Measurement Computing公司的网站上有这样的数据显示：BAQ板通常提供16位分辨率且高达64通道的测量数据，数据吞吐率最高为每秒2千万个采样。典型地，采样板包含分立的数字双向I/O线、计数器/定时器以及DAC(用于输出模拟信号，控制多种应用)。

Measurement Computing公司的最新产品包括USB-1608HS和USB-1608HS-2A0。这些模块提供真正同时发生的数据捕获，以每通道250kHz的采样率对最多8个通道的16位单端或差分模拟输入数据进行采集。这两款产品都包含16位的数字I/O，USB-1608HS-2A0还额外包含两个信号范围在-10到+10V的16位模拟输出通道。

随着BAQ板制造商使用速度更快的信号转换器及其他高速设计技术，数据采样率也在不断增长。“几年以前，采样率最快就是用于音频的200ksps，” NI公司高速数字化仪产品营销经理Kaustubh Wagle说，“由于技术进步，目前的采样率可以达到500ksps。”

今天，更多的DAQ板开始集成通用串行总线(USB)。除Measurement Computing公司之外，NI公司也发布了USB-6221和USB-6229 DAQ板，提供最多32个模拟输入和250ksps的单通道采样率。

尽管从目前来看，PCI和PXI是很多最新DAQ板中的通用接口总线，但USB却显示了强劲的发展势头。“由于便携应用的需要，USB已经变成流行的DAQ总线。”Wagle说。

同PCI相比，USB采集板存在等待时间较长的问题，这是因为USB基于操作系统的访问方式和串行性质降低了数据传输率，

NI已经在尝试通过在其USB BAQ板中用信号分流技术来解决这个问题，该技术可实现同时获取和产生多路模拟和数字I/O信号。

信号分流技术结合硬件和软件的设计原理，借助基于消息而不是基于寄存器的配置，在USB上实现高速双向数据流的持续传送。依靠这个技术，该公司在设备上实现的配置缩短了USB的传输时间。同单独使用USB DAQ设备相比，在面向数据密集型应用的时候，能传输更多的同步模拟和数字数据。

图1：Adlink公司的DAQ-2016，最大传输速率为每通道800ksps。

NI公司的USB采集板包含4个16位的833ksps模拟输出通道、48个数字I/O通道(以1MHz运行的通道最多可达32路)，以及2个32位计数器/定时器。

PXI总线也出现在NI的采集板中。“PXI正在使许多新应用得以实现，”NI公司的Wagle表示，“它利用了PCI总线的优势，即一个基于工业标准的、完整且开放的测试测量平台。”

凌华(Adlink)科技公司已经推出基于PCI和PXI的高采样率多功能DAQ卡。据凌华公司报道，DAQ-2016和PXI-2016提供最高为每通道800ksps的传输率，适合于大规模数据收集和工业自动化应用。

四通道的DAQ-2016和PXI-2016提供16位分辨率，以及各种模拟/数字触发资源和面向多通道同时采样效率的模式。通过使用系统同步接口或PXI触发总线，这两款产品就可以与多个外设同步。

这两款采集卡提供2个12位1Msps的模拟输出、24通道可编程DIO以及2个16位定时/计数器，为多任务提供灵活性。它们还带有面向C/C++、VB、Delphi、C++编译器的WDM驱动程序，和面向MATLAM和LabView的.Net编程语言。

图2：NI公司的USB-6229，提供最高32个模拟输入和每通道250ksps的采样速率。

Microstar实验室推出了DAP 5380a, 它是一款最多16个通道的基于PCI的DAQ板。该板采集14位数据，在4通道采样模式下每通道采样率为800ksps，在8通道模式下每通道采样率为625ksps。DAP 5380a可以3200ksps的速率把数据传送给宿主计算机。它内含一个233MHz的英特尔奔腾处理器和128MB的板上DRAM。

据Measurement Computing公司的Stevens介绍，在芯片制造商的主要推动下，DAQ板通过实现更高水平的功能集成，向客户提供了更高的性价比。“在转换器前沿，传统上要求用分立电路实现的信号调理功能(电桥激励、DAC平滑等)，现在有集成芯片可供选用，而且这些集成芯片可直接连接到传感器和现场电子线路。”他说。

Stevens接着说道：“包括以太网Web服务器、USB、CAN和UART等在内，当代微处理器有丰富的外围接口。人们把这些高水平连接与不断改进的模拟功能块(如PGA、ADC和DAC，其中一些已逼近传统的14位到16位单片机的性能参数)集成在一起。”

“相同的价格，你却可以得到更多功能，”NI公司产品营销经理Charlie Stiernberg补充说，“例如，ADC在80和90年代要比现在昂贵得多，但是在单芯片中放入更多通道等ADC技术的最新进展，正在帮助把价格降下来。”

图3：Diamond系统公司具有自校准功能的DMM-32X-AT，工作温度范围为-40~+85℃。

采集板制造商也在帮助工程师们加快其DAQ系统的设定速度。Diamond系统公司推出了一款PC/104规格的嵌入式DAQ板DMM-32X-AT，带有先进的自校准功能。它包含32个A/D输入通道、16位分辨率、最大采样速率250kHz，可编程的输入信号范围，以及可由用户选择的输入配置(单端和差动)。

该板的24路数字I/O有逐比特(bit-by-bit)编程能力，和对-15mA/64mA增强型输出电流的缓存。板上可编程计数器/定时器电路包括一个用于A/D和D/A采样计数的32位计数器/定时器，及一个16位计数器/定时器。

DMM-32X-AT运行时的温度范围为-40~+85℃。它自带“通用驱动程序”软件，可以提供一个编程库来简化对各种板特性的控制，使编程者可以快速地开发出应用软件。

从事先进仪表软硬件开发的NI公司提供USB-6221和USB-6229采集板，这两块板带有免费的数据记录软件(data-logging software)，可帮助用户有效利用USB的即插即用功能，进而帮助缩短测量时间。这些板也可与NI公司的LabView Signal Express交互测量软件和TestStand测试管理软件进行接口。