Grundlagen zur Synchronisation mit dynamischer Signalerfassung (DSA)

Viele DSA-Anwendungen erfordern mehrere Ein- und Ausgabeoperationen für mehrere Geräte gleichzeitig.  Durch die Synchronisation dieser Ein- und Ausgänge wird sichergestellt, dass die verschiedenen Operationen zeitlich korrelieren.  Dies erleichtert die zeitliche Koordination bzw. den Vergleich von erfassten und erzeugten Datensignalen.  Durch die Synchronisation von zwei oder mehr Geräten ist es möglich, die Kanalanzahl des DSA-Messsystems zu erhöhen und trotzdem die hohe Phasengenauigkeit beizubehalten, die üblicherweise zwischen Kanälen eines einzigen Geräts zu sehen ist.  Eine Referenz auf grundlegende Synchronisationsbedingungen finden Sie in der unten verlinkten Dev Zone "Synchronization Basics".

Abhängig von Ihrer DSA-Hardware verwenden Sie entweder Sample-Takt-Zeitbasis-Synchronisation oder Referenztakt-Synchronisation.   Auf A/D-Ebene wird die Synchronisation jedoch durch gemeinsame Takte, Synchronisationsimpulse und Start-Trigger erreicht.

Um ein mit der Sample-Takt-Zeitbasis synchronisiertes DSA-Messsystem zu konfigurieren, exportiert ein "Master"-DSA-Gerät sein Sample-Takt-Zeitbasissignal an alle anderen zu synchronisierenden "Slave"-Geräte.  Die Sample-Clock-Zeitbasis ist ein großes Vielfaches des Sample-Takt und kann bei einigen Geräten bis zu 26,2 MHz betragen.  Da dieser Takt die A/D-Wandler aller Geräte steuert, ist die relative Phase dieses Signals für die Synchronisation sehr wichtig.

Bei einem PXI-System muss sich das Master-DSA-Gerät im Master-Zeitbasis-Steckplatz des Chassis befinden, üblicherweise im zweiten Steckplatz.  Das Master-DSA-Gerät muss sich in diesem Steckplatz befinden, um die PXI-Star-Trigger-Leitung des Chassis anzusteuern, eine Punkt-zu-Punkt-Leitung, die die Synchronisationsleistung erhöhen kann – insbesondere eine Laufzeitverzögerung von maximal 5 ns und eine Verzögerung zwischen Modulen von maximal 1 ns.  

Hinweis: Die angezeigte Master-Zeitbasis-Synchronisationsmethode ist nur gültig, wenn ein PXI-Chassis verwendet wird. Wenn das Chassis PXIe ist, haben die DSA-Geräte keinen Zugriff auf die PXI-Star-Leitungen. Bei Verwendung der Master-Sample-Takt-Zeitbasissynchronisation in einem PXIe-Chassis müssen alle DSA-Geräte Slaves sein. 

Master muss ein Timing-Modul sein, das die PXI-Star-Trigger-Leitungen ansteuern kann. Weitere Informationen finden Sie im Benutzerhandbuch der NI Dynamic Signal Acquisition User Manual unter Master Sample Clock Timebase Synchronization. 

Auf das vom Master-Gerät im Steckplatz 2 erzeugte Zeitbasis-Synchronisationssignal wird dann von den anderen Modulen im Chassis über die Backplane zugegriffen.  

Hinweis: Das Master-Modul kann das Zeitbasis-Synchronisationssignal an den PXI-Star-Trigger-Leitungen für Module in den Slots 3-14 weiterleiten. 

Das Master-Gerät muss außerdem einen Synchronisationsimpuls an alle Slave-Karten weiterleiten. Dies kann jedoch über eine beliebige PXI-Trigger-Leitung erfolgen. Dieser Synchronisationsimpuls setzt zuerst die A/D-Wandler und D/A-Wandler im gesamten System gleichzeitig zurück und richtet dann alle Takte auf der Karte auf Nanosekunden aus.  Schließlich muss ein Start-Trigger von einem der Geräte, nicht unbedingt dem Master-Gerät, über eine der PXI-Trigger-Leitungen an die anderen Geräte exportiert werden, um die Erfassung auf allen Karten gleichzeitig zu starten.

Bei einem PCI-System werden das Zeitbasis-Synchronisationssignal, der Synchronisationsimpuls und der Start-Trigger auf eine der Leitungen des RTSI-Kabels gelegt, die die Geräte des Systems verbinden.  

Hinweis: Für jedes der drei Signale gibt es Standardleitungen.

Abbildung 1: PXI-, PXIe- und PCI-Sample-Takt-Zeitbasis-Synchronisation

Bei einem cDAQ-System übernimmt der DAQmx-Treiber im Chassis (9178, 9174) die Synchronisation der Sample-Takt-Zeitbasis.  Durch die Kanalerweiterung teilt der Treiber automatisch eine Sample-Takt-Zeitbasis, einen Sync-Impuls und einen Start-Trigger zwischen den Modulen.  Bei Synchronisationsanwendungen mit DSA-Modulen mit unterschiedlicher Zeitbasis wählt DAQmx willkürlich das Modul mit der schnellsten Zeitbasis als Zeitbasisquelle für alle Module.  Wenn Sie die langsamere Sample-Takt-Zeitbasis verwenden möchten, können Sie dies durch Angabe der Eigenschaft Sample-Takt-Zeitbasis-Quelle für den Task tun.

Abbildung 2: Sample-Takt-Zeitbasis (Eigenschaft)

Abbildung 3: Synchronisation der cDAQ-Sample-Takt-Zeitbasis über Kanalerweiterung

Um ein mit dem Referenztakt synchronisiertes DSA-Messsystem zu konfigurieren, sperren Master- und Slave-Geräte ihre A/D-Wandler oder D/A-Wandler über den Sample-Takt mit einem gemeinsamen Referenztakt auf der PXI- und PXIe-Chassis-Backplane. Dieser gemeinsame Referenztakt ist entweder der native 10-MHz-Referenztakt auf der PXI- und PXIe-Chassis-Backplane (PXI_CLK10) oder eine externe Quelle, die die PXI_CLK10-Leitung ansteuert.

Das PXI-Chassis versorgt jeden Peripheriesteckplatz unabhängig voneinander mit dem Takt, der von einem unabhängigen Puffer gesteuert wird.  Dieser Referenztakt ist auf 25 ppm genau und kann von einem weiteren 10-MHz-Takt überschrieben werden, der von einem fähigen PXI- oder PXIe-Modul stammt, das im Star-Trigger-Steckplatz (Slot 2) des Chassis installiert ist.  Beim Ansteuern der Leitung mit einer externen Taktquelle wird automatisch die 10-MHz-Quelle deaktiviert, die auf der Chassis-Backplane erzeugt wird.  Master- und Slave-Geräte können in jedem Steckplatz platziert werden, und alle Geräte im Chassis können auf diese Weise synchronisiert werden.  Eine willkürlich ausgewählte Master-Karte gibt einen Synchronisationsimpuls an einer der PXI-Trigger-Leitungen aus, um die A/D-Wandler und D/A-Wandler zurückzusetzen und den Teilerzähler zurückzusetzen, um die Takte des Systems innerhalb von Nanosekunden phasengleich auszurichten.  Ein DSA-Gerät (nicht unbedingt der Master) exportiert den Start-Trigger über eine der PXI-Trigger-Leitungen, wodurch die synchronisierten Geräte gezwungen werden, gleichzeitig Daten zu erfassen oder zu erzeugen.  Die DSA-Geräte, die diese Art der Synchronisation unterstützen (siehe Tabelle 1), enthalten eine Phasenregelkreisschaltung (PLL), mit der sie mit dem Referenztakt verriegelt werden können.

Abbildung 4: Synchronisation mit Referenztakt

• NI Dynamic Signal Acquisition User Manual
• Einführung in die PXI-Architektur
• Synchronization Basics
• NI-Gemeinschaftsbeispiel: Synchronisieren und Pausieren einer kontinuierlichen Erfassung mehrerer analoger DAQ-Geräte
• NI-Gemeinschaftsbeispiel: Archiviert: Herunterladen älterer NI-DAQmx-Versandbeispiele für LabVIEW 2011 und älter
• Siehe Hardware für Schall- und Schwingungsmessungen von NI für DSA-Anwendungen