ЖУРНАЛ «СТА» 1/2016

рынке модульных PCIe-дигитайзеров с высоким разрешением. На этой же диа- грамме отдельно отмечены параметры дигитайзеров Spectrum серии M4i.44xx, имеющих более высокую частоту дис- кретизации, чем у остальных 11 пред- ставленных для сравнения устройств конкурентов. Разрешение и динамический диапазон Разрешение определяет динамиче- ский диапазон дигитайзера. Динамиче- ский диапазон является отношением наивысшего и минимального уровней сигнала, с которыми способен работать дигитайзер. Приложения, подразуме- вающие использование динамических сигналов (сигналы с большими и малы- ми значениями напряжений) требуют приборов с высоким разрешением. Рас- смотрим в качестве примера сигнал с полным диапазоном 1 В и с ожидаемым минимальным уровнем 100 мкВ. Соот- ношение 10000:1, или 80 дБ соответ- ствует 6 дБ на один бит. В идеальном случае, при отсутствии шума, это соста- вит 13,3 разряда, то есть потребуется 14-битовый дигитайзер. Следует отметить, что требуется ком- промисс между разрешающей способ- ностью и максимальной частотой дис- кретизации. Высокое разрешение диги- тайзера будет стоить нам более низкой максимальной частоты дискретизации. Это показано на рис. 3, где максималь- ная частота дискретизации для пред- ставленных дигитайзеров является зави- симостью от количества битов разреше- ния, при этом 14- и 16-битовые модели Spectrum серииM4i.44xx обладают более высокой частотой дискретизации, не- жели их конкуренты. Компромисс меж- ду разрешением и частотой дискретиза- ции является одним из основных инже- нерных компромиссов. Обратите вни- мание, что максимальную частоту дис- кретизации возможно увеличить путём чередования нескольких АЦП, но это, как правило, приводит к снижению эф- фективного числа битов (ENOB) из-за шума, несогласованности усиления АЦП, смещений и нелинейности их це- пей. Когда вы сравниваете разрешение и максимальную частоту дискретизации дигитайзеров, обратите внимание, ис- пользует ли дигитайзер один АЦП или несколько чередующихся. Ёмкость памяти данных измерений Определяет наибольшую продолжи- тельность записи, которую дигитайзер может выполнить за один цикл опроса. На длительность записи также влияет частота дискретизации. Для конкретно- го дигитайзера и продолжительность за- писи, и доступная частота дискретиза- ции соответственно тем больше, чем больше объём памяти данных. Запуск (триггерное событие) Триггеры позволяют синхронизиро- вать сбор данных с внешними события- ми. Эффективное использование диги- тайзера требует от устройства запуска большой гибкости. Простые схемы за- пуска по фронту сигнала в зависимости от его крутизны и уровня являются стандартными для большинства диги- тайзеров. Многие модели также предла- гают оконный режим запуска. Источни- ки запуска включают в себя каналы опроса и несколько внешних триггер- ных входов. Для максимальной гибко- сти триггера эти входы вместе с возмож- ностью перезапуска могут быть объеди- нены логическими функциями, предо- ставляя расширенные способы запуска. Количество каналов и синхронизация Каждый модульный дигитайзер име- ет на плате определённое количество каналов. Использование нескольких плат может увеличить общее количе- ство каналов системы. Для того чтобы поддерживать синхронизацию несколь- ких плат, они должны иметь общие триггеры и тактирование, например, до восьми дигитайзеров Spectrum, таких как изображённый на рис. 1, могут быть присоединены к модулю Star-Hub и ра- ботать без какой-либо фазовой задерж- ки между каналами. Режимы сбора данных Дигитайзеры обычно обеспечивают целый ряд различных режимов сбора данных. Так, модели M4i Spectrum под- держивают запись в кольцевой буфер (аналогичный имеющимся в осцилло- графах), режим FIFO, или потоковый режим, режим многократной записи 28 СТА 1/2016 ОБ ЗОР / АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А www.cta.ru Максимальная частота дискретизации, Мсэмпл/с Разрешение, бит Конкуренты Тренд (конкуренты) Spectrum M4i Тренд (Spectrum M4i) Разрешение и частота дискретизации модульных PCIe-дигитайзеров с высоким разрешением 10 000 1000 3200 2000 1800 1000 500 500 400 250 200 180 125 100 200 100 12 13 14 15 16 17 Рис. 3. Увеличение частоты дискретизации дигитайзера вынуждает понижать его битовое разрешение Рис. 4. Пример работы SBench 6: осциллограмма сигнала и быстрое преобразование Фурье (БПФ)