隨著測(cè)試測(cè)量和控制應(yīng)用的要求變得愈發(fā)苛刻，數(shù)據(jù)采集(DAQ)板制造商正在提供吞吐速度更快、集成度更高、靈活性更強(qiáng)，且更易于編程的數(shù)據(jù)采集板。

通過(guò)對(duì)最新的DAQ板進(jìn)行分析不難看出，幾乎所有產(chǎn)品都包含了某種形式上的同時(shí)采樣(simultaneous sampling)，目的在于提高數(shù)據(jù)吞吐量。實(shí)現(xiàn)手法要么是使用一種由多路架構(gòu)(通常被用于中到高通道數(shù)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備)演變而來(lái)的同步采樣保持(SSH)架構(gòu)，要么使用多個(gè)DAC。

“越來(lái)越多的高速DAQ板在使用同時(shí)采樣架構(gòu)，”Measurement Computing公司負(fù)責(zé)工程的副總裁Jim Stevens介紹，“這樣的架構(gòu)縮短了多路設(shè)計(jì)中所固有的通道轉(zhuǎn)換延遲，進(jìn)而能夠在動(dòng)態(tài)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)真正的頻譜分析。”

Measurement Computing公司的網(wǎng)站上有這樣的數(shù)據(jù)顯示：BAQ板通常提供16位分辨率且高達(dá)64通道的測(cè)量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)吞吐率最高為每秒2千萬(wàn)個(gè)采樣。典型地，采樣板包含分立的數(shù)字雙向I/O線、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器以及DAC(用于輸出模擬信號(hào)，控制多種應(yīng)用)。

Measurement Computing公司的最新產(chǎn)品包括USB-1608HS和USB-1608HS-2A0。這些模塊提供真正同時(shí)發(fā)生的數(shù)據(jù)捕獲，以每通道250kHz的采樣率對(duì)最多8個(gè)通道的16位單端或差分模擬輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。這兩款產(chǎn)品都包含16位的數(shù)字I/O，USB-1608HS-2A0還額外包含兩個(gè)信號(hào)范圍在-10到+10V的16位模擬輸出通道。

隨著BAQ板制造商使用速度更快的信號(hào)轉(zhuǎn)換器及其他高速設(shè)計(jì)技術(shù)，數(shù)據(jù)采樣率也在不斷增長(zhǎng)。“幾年以前，采樣率最快就是用于音頻的200ksps，” NI公司高速數(shù)字化儀產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Kaustubh Wagle說(shuō)，“由于技術(shù)進(jìn)步，目前的采樣率可以達(dá)到500ksps。”

今天，更多的DAQ板開始集成通用串行總線(USB)。除Measurement Computing公司之外，NI公司也發(fā)布了USB-6221和USB-6229 DAQ板，提供最多32個(gè)模擬輸入和250ksps的單通道采樣率。

盡管從目前來(lái)看，PCI和PXI是很多最新DAQ板中的通用接口總線，但USB卻顯示了強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。“由于便攜應(yīng)用的需要，USB已經(jīng)變成流行的DAQ總線。”Wagle說(shuō)。

同PCI相比，USB采集板存在等待時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題，這是因?yàn)閁SB基于操作系統(tǒng)的訪問(wèn)方式和串行性質(zhì)降低了數(shù)據(jù)傳輸率，

NI已經(jīng)在嘗試通過(guò)在其USB BAQ板中用信號(hào)分流技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)同時(shí)獲取和產(chǎn)生多路模擬和數(shù)字I/O信號(hào)。

信號(hào)分流技術(shù)結(jié)合硬件和軟件的設(shè)計(jì)原理，借助基于消息而不是基于寄存器的配置，在USB上實(shí)現(xiàn)高速雙向數(shù)據(jù)流的持續(xù)傳送。依靠這個(gè)技術(shù)，該公司在設(shè)備上實(shí)現(xiàn)的配置縮短了USB的傳輸時(shí)間。同單獨(dú)使用USB DAQ設(shè)備相比，在面向數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用的時(shí)候，能傳輸更多的同步模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

圖1：Adlink公司的DAQ-2016，最大傳輸速率為每通道800ksps
NI公司的USB采集板包含4個(gè)16位的833ksps模擬輸出通道、48個(gè)數(shù)字I/O通道(以1MHz運(yùn)行的通道最多可達(dá)32路)，以及2個(gè)32位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。

PXI總線也出現(xiàn)在NI的采集板中。“PXI正在使許多新應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)，”NI公司的Wagle表示，“它利用了PCI總線的優(yōu)勢(shì)，即一個(gè)基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的、完整且開放的測(cè)試測(cè)量平臺(tái)。”

凌華(Adlink)科技公司已經(jīng)推出基于PCI和PXI的高采樣率多功能DAQ卡。據(jù)凌華公司報(bào)道，DAQ-2016和PXI-2016提供最高為每通道800ksps的傳輸率，適合于大規(guī)模數(shù)據(jù)收集和工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用。

四通道的DAQ-2016和PXI-2016提供16位分辨率，以及各種模擬/數(shù)字觸發(fā)資源和面向多通道同時(shí)采樣效率的模式。通過(guò)使用系統(tǒng)同步接口或PXI觸發(fā)總線，這兩款產(chǎn)品就可以與多個(gè)外設(shè)同步。

這兩款采集卡提供2個(gè)12位1Msps的模擬輸出、24通道可編程DIO以及2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，為多任務(wù)提供靈活性。它們還帶有面向C/C++、VB、Delphi、C++編譯器的WDM驅(qū)動(dòng)程序，和面向MATLAM和LabView的.Net編程語(yǔ)言。

圖2：NI公司的USB-6229，提供最高32個(gè)模擬輸入和每通道250ksps的采樣速率
Microstar實(shí)驗(yàn)室推出了DAP 5380a, 它是一款最多16個(gè)通道的基于PCI的DAQ板。該板采集14位數(shù)據(jù)，在4通道采樣模式下每通道采樣率為800ksps，在8通道模式下每通道采樣率為625ksps。DAP 5380a可以3200ksps的速率把數(shù)據(jù)傳送給宿主計(jì)算機(jī)。它內(nèi)含一個(gè)233MHz的英特爾奔騰處理器和128MB的板上DRAM。

據(jù)Measurement Computing公司的Stevens介紹，在芯片制造商的主要推動(dòng)下，DAQ板通過(guò)實(shí)現(xiàn)更高水平的功能集成，向客戶提供了更高的性價(jià)比。“在轉(zhuǎn)換器前沿，傳統(tǒng)上要求用分立電路實(shí)現(xiàn)的信號(hào)調(diào)理功能(電橋激勵(lì)、DAC平滑等)，現(xiàn)在有集成芯片可供選用，而且這些集成芯片可直接連接到傳感器和現(xiàn)場(chǎng)電子線路。”他說(shuō)。

Stevens接著說(shuō)道：“包括以太網(wǎng)Web服務(wù)器、USB、CAN和UART等在內(nèi)，當(dāng)代微處理器有豐富的外圍接口。人們把這些高水平連接與不斷改進(jìn)的模擬功能塊(如PGA、ADC和DAC，其中一些已逼近傳統(tǒng)的14位到16位單片機(jī)的性能參數(shù))集成在一起。”

“相同的價(jià)格，你卻可以得到更多功能，”NI公司產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Charlie Stiernberg補(bǔ)充說(shuō)，“例如，ADC在80和90年代要比現(xiàn)在昂貴得多，但是在單芯片中放入更多通道等ADC技術(shù)的最新進(jìn)展，正在幫助把價(jià)格降下來(lái)。”

圖3：Diamond系統(tǒng)公司具有自校準(zhǔn)功能的DMM-32X-AT，工作溫度范圍為-40~+85℃
采集板制造商也在幫助工程師們加快其DAQ系統(tǒng)的設(shè)定速度。Diamond系統(tǒng)公司推出了一款PC/104規(guī)格的嵌入式DAQ板DMM-32X-AT，帶有先進(jìn)的自校準(zhǔn)功能。它包含32個(gè)A/D輸入通道、16位分辨率、最大采樣速率250kHz，可編程的輸入信號(hào)范圍，以及可由用戶選擇的輸入配置(單端和差動(dòng))。

該板的24路數(shù)字I/O有逐比特(bit-by-bit)編程能力，和對(duì)-15mA/64mA增強(qiáng)型輸出電流的緩存。板上可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器電路包括一個(gè)用于A/D和D/A采樣計(jì)數(shù)的32位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，及一個(gè)16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。

DMM-32X-AT運(yùn)行時(shí)的溫度范圍為-40~+85℃。它自帶“通用驅(qū)動(dòng)程序”軟件，可以提供一個(gè)編程庫(kù)來(lái)簡(jiǎn)化對(duì)各種板特性的控制，使編程者可以快速地開發(fā)出應(yīng)用軟件。

從事先進(jìn)儀表軟硬件開發(fā)的NI公司提供USB-6221和USB-6229采集板，這兩塊板帶有免費(fèi)的數(shù)據(jù)記錄軟件(data-logging software)，可幫助用戶有效利用USB的即插即用功能，進(jìn)而幫助縮短測(cè)量時(shí)間。這些板也可與NI公司的LabView Signal Express交互測(cè)量軟件和TestStand測(cè)試管理軟件進(jìn)行接口。