浅析特殊数据采集模式的正确使用

模块化数字转换器具有许多采集功能，你可以用这些采集功能从多个通道采集数据，然后传送给计算机进行处理。这些采集模式能让你高效地使用板载内存，减少两次采集之间的死区时间。模块化数字转换器经常用于采集来自低占空比信号的数据，例如回波测距（包括雷达、声纳、激光雷达和超声波），以及瞬态数据采集应用（如飞行时间光谱测定和其它基于激励-响应的分析）。

数字转换器通常具有两种使用方式不同的工作模式。标准模式使用采集内存作为环形缓冲器，就像示波器一样。数据被写入数字转换器的环形内存中，直到触发事件发生。经过触发之后，触发后的值被记录下来。这将导致记录的数据中同时包含触发前和触发后的值。这种工作模式主要是与数字转换器的相关数据采集软件一起使用。该软件可以用于查看、记录和处理采集的信号，验证数字转换器的设置，并对数据做初步处理。

另外一种模式是先进先出（FIFO）模式，这是一种流模式，是为数字转换器和外部主机之间连续传输数据设计的。本文中提到的数字转换器Spectrum M4i。4451-x8采用了PCI Express x8 Gen2接口，流速高达3.4GB/s。数据流的控制是驱动器根据中断请求自动进行的。完整安装的采集内存用作数据流的缓冲器。

不管标准模式还是FIFO模式都提供了三种多段记录方法，这些方法可以在低占空比的测量应用中更加高效地使用采集内存。低占空比应用包括了持续时间短的感兴趣事件跟上长时间静默间隔的那些应用。针对采集这类信号优化了的采集方法有多段记录模式、门控模式和ABA（双时基） 采集模式。所有这些模式都会将内存分段，然后在内存中进行多次采集。双时基ABA模式可以缩短两次触发之间的采样率，从而节省内存空间，同时仍能用于查看两次触发之间的死区时间内发生的事件。下面让我们看看这些采集模式是如何工作的。图1对数字转换器的工作原理做了一些总结。

图1：多段、门控和ABA采集模式和相关时间戳的概要视图。

多段记录（分段）模式（图1a）允许以特别短的重新加载时间记录多个触发事件。采集内存被分成尺寸相同的多个段。每个触发事件填装一段，采集过程在两段之间停止。用户可以编程段内的触发前和触发后间隔。采集段的数量仅限于所用的内存容量，当使用FIFO模式时是没有限制的。与多次触发相关的重要数据存储在采集内存的连续段内。与事件之间的死区时间相关的数据是不记录的。每个触发事件被打上时间戳，因此每次触发的精确位置是知道的。图1b以图形化的方式显示了多段记录模式下的时间戳工作过程。

门控采集（图1c）模式使用门控（使能）信号的状态（可以是另外一个通道或外部触发输入）启动或停止采样过程。只有当门处于激活状态时才将数据写入内存。就像在多段记录模式中一样，用户可以编程有关门的触发前后的时间间隔。在门控模式中，时间戳标志了不包含门控采集前后间隔的门的开闭。采集的门段数量受限于采集内存，并且在使用FIFO模式时仅受主机内存的限制。

图1d所示的ABA模式是一种双时基采集，结合了对触发事件的快速采集（B时基）和触发之间的缓慢采样速率（A时基）。ABA模式工作时就像整合了一个快速数字转换器的慢速数据记录器。触发事件的实际位置与多段记录模式中一样用时间戳进行标志。

多段记录和门控采集模式具有以下一些优点：

● 采集内存分段后，由于只在信号激活时以全速采样率记录数据，因此可以更高效地使用内存。

● 只存储重要的测量事件、并且不涉及‘死区’时间，因此需要传送的数据较少，可以实现对分段信号的连续数据采集和处理。

● 在多段和门控模式中重新加载或触发“死区时间”的次数减少了。在本例中使用的Spectrum M4i数字转换器的重新加载时间是40个样本（+编程的预触发）。在最高采样速率时的重新加载时间短至80ns.短的触发重新加载时间意味着即使在高事件速率的应用中也能减少事件遗漏的机会。

● 每个触发事件的时间戳允许你读取事件之间的时间差。当事件呈现信号中的异常时，

所有段可以同时查看，各个段可以分别缩放以显示每次采集中的详细内容。

ABA模式使用低采样率查看触发之间的信号，同时用较高的采样率显示触发端具有较高时间分辨率的信号分量。这种方法的内存使用效率没有多段记录或门控模式高，但可以用来连续地查看两次触发之间发生的事件。使用时间戳时，快慢数据与1个样本的分辨率是同步的。