ЖУРНАЛ СТА 3/2014

пазонов). АЦП отображает каждое фактическое измерение аналогового сигнала на один из цифровых поддиа- пазонов. На рис. 19 показано, как си- нусоидальный сигнал частотой 5 кГц преобразуется в «цифру» при помощи 3-разрядного АЦП. Как показано на рисунке, цифровой сигнал недоста- точно корректно отражает исходный аналоговый, поскольку АЦП не имеет достаточного разрешения (рис. 20). У СРЕДНЕНИЕ В процессе квантизации мы могли бы почти полностью сохранить информа- цию исходного сигнала путём достаточ- но частого отбора сэмплов. В части амплитуды можно сохранить боNльшую часть информации о форме сигнала пу- тём сглаживания. Сглаживание нивели- рует небольшие скачки амплитуды и предполагает преднамеренное внесение шума во входной сигнал (рис. 21). Та- ким образом, мы исключаем резкие скачки сигнала вверх–вниз между по- следовательными выборками. Сигнал, сглаженный путём такого усреднения, в цифровом виде более адекватно отра- жает исходный. Одной из причин использования ди- гитайзеров с высоким разрешением яв- ляется точность при измерении малых сигналов. Основываясь на предположе- нии о максимальном уровне исследуе- мого напряжения, мы могли бы ис- пользовать инструмент с более низким разрешением, но имеющий меньший диапазон полной шкалы измерения. Однако многие сигналы содержат раз- личные гармоники как малой, так и большой амплитуды. Таким образом, для точного измерения таких сигналов требуется инструмент, имеющий боль- шой динамический диапазон. П РАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ В качестве реального примера рас- смотрим одну из новых плат компании Spectrum, сконструированную в форма- те PCI Express (Peripheral Component Interconnect Express), пришедшем на смену устаревшим PCI, PCI-X и AGP (рис. 22). PCI Express является перспек- тивным стандартом локальной шины данных для построения систем на базе ПК. В настоящее время развитием стандарта PCI Express занимается орга- низация PCI Special Interest Group. Устройства PCI Express взаимодей- ствуют между собой посредством дву- направленного последовательного со- единения типа точка–точка, называе- мого линией (lane), через шинный ком- мутатор. Это в корне отличает PCI Express от PCI, где все устройства под- ключаются к общей 32-разрядной па- раллельной двунаправленной шине. Каждая линия PCI Express способна развивать скорость последовательного соединения 250 Мбит/с (для Gen 1) или 500 Мбит/с (для Gen 2). Таким образом, быстрые 8-каналь- ные карты Spectrum с интерфейсом PCI Express Gen 2 обеспечивают пря- мое подключение каждой линии, поз- воляющее получить требуемую про- пускную способность для каждого ка- нала карты. Серия M4i.44xx-x8 специ- ально спроектирована для быстрого высокоточного преобразования анало- говых сигналов. Каждый входной ка- нал имеет для этих целей собственный аналогово-цифровой преобразователь и собственный усилитель сигнала (рис. 23). Такая структура позволяет параллельно обрабатывать сигналы на всех входах с 14- и 16-битовым разре- шением без всякой фазовой задержки. Отказ от технологии чередования в пользу индивидуальных АЦП гаранти- рует лучшее качество сигнала без иска- жений вплоть до 500 Мсэмпл/с. Боль- ОБ ЗОР / АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А 25 СТА 3/2014 www.cta.ru Рис. 22. Карта Spectrum M4i4451-x8 Триггерный вход Внутренний генератор Внешняя синхронизация Триггерный вход X0 X1 X2 Канал 0 Канал 1 Канал 2 Канал 3 Каналы Каналы Каналы Каналы Компараторы Эталонный источник напряжения Аналого- цифровой интерфейс Калибровочные данные Память Матрица-контроллер FPGA Шинный интерфейс PCI Express 50 Ом 50 Ом Цифровой ввод Статус асинхронного ввода/вывода Триггерный выход Синхронизация Часы Триггеры синхронизации Канальный триггер Триггер синхронизации Частота дискретизации Хаб PCI Express Синхро- низация Синхро- низация Синхро- низация Синхро- низация Ссылка на программу ФАПЧ ФАПЧ 50 Ом 50 Ом 1 кОм 1 кОм Усилитель Усилитель 49 Ом 10 кОМ 49 Ом 10 кОМ 49 Ом 10 кОМ А Ц Рис. 23. Блок-схема дигитайзеров Spectrum серии M4i.44xx