Spezifikationen im Detail: Multifunktions-Geräte mit rekonfigurierbarer I/O von NI (R-Serie)

Dieses Handbuch ist in die gleichen Abschnitte unterteilt wie die meisten NI-Spezifikationshandbücher. Begriffe und Definitionen werden in ähnlicher Reihenfolge wie die Spezifikationsblätter aufgelistet. Diese Anleitung gilt ausschließlich für rekonfigurierbare 78xx-Multifunktions-I/O-Geräte und -Module (formell als NI-78xx der R-Serie bekannt). Bei anderen NI-Produktfamilien wie cDAQ- und cRIO- Chassis und -Controllern, den Modulen der C-Serie 91xx, 92xx und 94xx, dem Multifunktions-RIO 78xx der R-Serie, Digitalmultimetern, Oszilloskopen/Digitizern und sonstigen Instrumenten werden möglicherweise andere Terminologien oder Methoden für die Erstellung von Spezifikationen verwendet. Dieses Handbuch sollte daher nicht als Referenz für andere Geräte und Module als die der MIO-DAQ-Familie benutzt werden.

In dieser Anleitung wird das Gerät PXIe-7847 als Referenz verwendet. Wenn Sie diesen Gerätespezifikationen folgen möchten, können Sie dies über diesen Link tun: PXIe-7847

Zunächst ist es wichtig, den kategorialen Unterschied zwischen verschiedenen Spezifikationsarten zu verstehen. NI definiert die Fähigkeiten und die Leistung seiner Test- und Messinstrumente jeweils als Spezifikationen, als typische Spezifikationen und als charakteristische oder Zusatzspezifikationen. Weitere Einzelheiten dazu, welche Spezifikationen gewährleistet werden oder typisch sind, finden Sie in den Spezifikationshandbüchern Ihrer jeweiligen Geräte.

• Spezifikationen bezeichnen die gewährleistete Leistung des Instruments innerhalb des empfohlenen Kalibrierintervalls und unter den angegebenen Betriebsbedingungen.
  
• Typische Spezifikationen sind Spezifikationen, die von den meisten Instrumenten innerhalb des empfohlenen Kalibrierintervalls und unter den angegebenen Betriebsbedingungen eingehalten werden. Typische Spezifikationen werden nicht garantiert.
  
• Merkmale oder Zusatzspezifikationen bezeichnen grundlegende Funktionen und Eigenschaften des Instruments, die im Rahmen der Konstruktion oder bei der Entwicklung festgelegt und in der Prüf- oder Justierphase nicht evaluiert wurden. Sie enthalten Informationen, die für einen angemessenen Einsatz des Instruments relevant sind, auf den in früheren Definitionen kein Bezug genommen wurde.
  
  

Multifunktions-I/O-Geräte und -Module von NI (R-Serie) können über eine analoge Erfassung oder Ausgabe oder eine Mischung aus beiden Systemen verfügen. Es gibt Spezifikationen, die nur für das jeweilige Subsystem gelten, aber auch einige Spezifikationen, die für beide Subsysteme gelten. Dieser Abschnitt ist in drei Unterabschnitte gegliedert, in denen die allgemeinen Spezifikationen einerseits im Hinblick auf die analoge Eingabe und andererseits im Hinblick auf die analoge Ausgabe behandelt werden.

Analoge Eingabe und analoge Ausgabe

Absolute Genauigkeit über den gesamten Bereich

Die Genauigkeit gibt an, wie nahe der Wert einer Messung am richtigen Wert ist. Die absolute Genauigkeit über den gesamten Bereich ist eine berechnete theoretische Genauigkeit unter der Annahme, dass der gemessene Wert die maximale Spannung ist, die in einem gegebenen Bereich unterstützt wird. Die Genauigkeit einer Messung ändert sich, wenn sich die Art der Messung selbst ändert. Um einen Vergleich zwischen verschiedenen Geräten ziehen zu können, wird daher die Genauigkeit über den gesamten Bereich geprüft. Dabei ist zu beachten, dass die absolute Genauigkeit über den gesamten Bereich auf Annahmen hinsichtlich der Umgebungsvariablen, wie z. B. einer Betriebstemperatur von 25 °C, basiert, die in der Praxis unterschiedlich sein können.

• Verbleibender Verstärkungsfehler: dem Instrumentenverstärker inhärenter Verstärkungsfehler, der bekanntlich nach einer Selbstkalibrierung auftritt
• Verstärkungs-Temperaturkoeffizient: der Koeffizient, der angibt, wie sich die Temperatur im Verhältnis zur Temperatur bei der letzten Selbstkalibrierung auf die Verstärkung auswirkt
• Bezugs-Temperaturkoeffizient: der Temperaturkoeffizient, der angibt, wie genau eine Messung bei einer spezifischen Temperatur im Vergleich zur Temperatur bei der letzten externen Kalibrierung ist
• Verbleibender Offset-Fehler: der dem Instrumentenverstärker inhärente Offset-Fehler, der bekanntlich nach einer Selbstkalibrierung auftritt
• Offset-Temperaturkoeffizient: der Temperaturkoeffizient, der angibt, wie sich die Temperatur bei einer A/D-Wandlung im Vergleich zur Temperatur bei der letzten Selbstkalibrierung auf den Offset auswirkt
• INL-Fehler (relative Genauigkeitsauflösung): die maximale Abweichung vom idealen Ausgangswert am Spannungsausgang eines A/D-Wandlers. Kann als Worst-Case-DNL aufgefasst werden. Siehe auch: DNL
• Zufalls-/Systemrauschen: zusätzliches Systemrauschen, das vom analogen Front-End erzeugt wird, gemessen mittels Erdung des Eingangskanals
  
  Beispiel
  Das NI PXIe-7847R hat einen Bereich von ±10 V. Die absolute Genauigkeit über den gesamten Bereich wird unter der Annahme berechnet, dass das gemessene Signal 10 V beträgt. Die absolute Genauigkeit über den gesamten Bereich von ±10 V beträgt 2,283 μV.
  
  Siehe auch
  Wie werden die absolute Genauigkeit und die Systemgenauigkeit berechnet?
  

Auflösung

Die Auflösung ist die kleinste Differenz im Eingangssignal, die ein Gerät oder ein Sensor erkennen kann. Bei A/D-Wandlern hängt die Auflösung von der zur Darstellung des Analogsignals verwendeten Bitanzahl ab.

Beispiel
Das NI PXIe-7847R ist ein 16-Bit-Gerät. Dies bedeutet, dass die kleinste Amplitudenänderung, die im ±0.152-V-Bereich erfasst werden kann, 0,152 mV beträgt. Im ±1-V-Bereich beträgt dieser Wert 30,5 μV.

Bereich (Eingang oder Ausgang)

Bei analoger Eingabe ist dies der maximale positive und negative Wert, der mit garantierter Genauigkeit gemessen werden kann. Bei analoger Ausgabe ist dies der maximale positive oder negative Wert, der erzeugt werden kann. Manche Geräte haben mehrere Eingangs- oder Ausgangsbereiche, die verwendet werden können, um bei Signalen mit niedrigerem Pegel eine höhere Auflösung zu erzielen.

Beispiel
Das NI PXIe-7847R hat einen Eingangssignalbereich von ±1, ±2, ±5 und ±10 V. Der analoge Ausgangsbereich beträgt ±10 V.

Kopplung (Ein- und Ausgang)

Eine Eigenschaft der Schnittstelle zweier Schaltungen, durch die definiert wird, welche Signalarten von einer Seite der Schnittstelle zur anderen geleitet werden. In der Regel gibt es dabei zwei Möglichkeiten:

• DC-Kopplung: Hierbei werden sowohl AC- als auch DC-Signale weitergeleitet.
• AC-Kopplung: Hierbei werden nur AC-Signale weitergeleitet, was zu einer Hardware-Implementierung führt, bei der Gleichspannungsanteil eines Signals entfernt wird.
  

Einige Geräte verfügen über eine per Software auswählbare Kopplung, andere haben dagegen entweder nur AC oder nur DC.

Beispiel
Das NI PXIe-7847R besitzt sowohl am Analogeingang als auch am Analogausgang DC-Kopplungen. Es unterstützt weder am einen noch am anderen eine AC-Kopplung.

Siehe auch
Grundlegende Informationen zur AC- und DC-Kopplung

Differenzielle Nichtlinearität (DNL)

Die Differenz zwischen der idealen Schrittweite eines A/D-Wandlers oder D/A-Wandlers und dem tatsächlichen Ein-/Ausgabewert (in der Regel gemessen in LSB). Bei einem idealen A/D-Wandler wäre Differentielle Nichtlinearität 0 LSB.

Beispiel
Das NI PXIe-7847R hat einen DNL-Wert von ±0,9 LSB (Maximum). Das bedeutet, dass für jeden Wert, der in den A/D-Wandler eingegeben wird, der tatsächliche Wert ±0,9 LSB vom gelesenen Wert entfernt sein kann. Wenn der Benutzer den D/A-Wandler beispielsweise so programmiert, dass er im ±5 V-Bereich einen Wert von 1 V ausgibt, kann die Ausgabe (Genauigkeitseffekte nicht eingeschlossen) zwischen den folgenden Werten liegen:

Die INL ist die Gesamtwirkung der DNL. Daher wird die INL-Spezifikation häufig bei Genauigkeitsberechnungen verwendet. Für das NI PXIe-7847R beträgt die INL-Spezifikation in der AI-Genauigkeitstabelle 42,52 ppm am ±10 V

Analogeingang

Typ des A/D-Wandlers

SAR (Successive Approximation Register) ist eine Art A/D-Wandler, der einen binären Suchalgorithmus implementiert, um ein kontinuierliches analoges Signal in eine diskrete digitale Darstellung umzuwandeln.

Beispiel
Das NI PXIe-7847R verwendet einen SAR-A/D-Wandler.

Umwandlungszeit

Gibt an, wie lange das Eingangssignal während der Umwandlung konstant gehalten werden muss. Dies geschieht oft über Sample-and-Hold-Schaltkreise im A/D-Wandler.

Maximale Sample-Rate (pro Kanal)

Die schnellste Datenerfassungsrate, die PCI/PCIe, PXI/PXIe oder USB pro Kanal erzielen kann.

Beispiel
Das PXIe-7847R hat eine maximale Sample-Rate (pro Kanal) von 500 kS/s. Alle Karten der R-Serie werden gleichzeitig abgetastet (d. h. die Sample-Rate pro Kanal).

Eingangsimpedanz

Die Eingangsimpedanz gibt an, in welchem Maße die Eingangsschaltung verhindert, dass Strom zur Masse des Analogeingangs durchfließt. Bei einem idealen A/D-Wandler sollte dieser Wert unendlich sein – d. h., vom Eingang zur Masse fließt kein Strom – in der Praxis ist dies jedoch nicht möglich. Eine endliche Eingangsimpedanz bedeutet, dass der A/D-Wandler in einem gewissen Grad die Schaltung belastet, und zwar insbesondere im Fall einer hohen Ausgangsimpedanz. Sensoren haben in der Regel eine niedrige Ausgangsimpedanz.

Beispiel
Parallel zu einem 2-pF-Kondensator hat das NI PXIe-7847R eine Eingangsimpedanz von Zin > 1,25 G Ω. Unter der Annahme des Worst-Case-Szenarios der niedrigsten Eingangsimpedanz kann eine Messung gegen Masse als die folgende vereinfachte Schaltung betrachtet werden, wobei ein Sensor mit einer Ausgangsimpedanz Zout = 150 Ω angenommen wird.

Die Kombination des Sensorausgangs und des Eingangs des DAQ-Geräts in Reihe bedeutet, dass die Spannung zwischen den beiden Impedanzwerten aufgeteilt wird, wobei die größere Impedanz den größten Teil der Spannung trägt. Das bedeutet, dass, wenn die Empfindlichkeit dieses Sensors 20 °C/V beträgt und er 100 °C misst (indem er 5 V ausgibt), die vom DAQ-Gerät gemessene Spannung die Ausgangsspannung multipliziert mit dem Verhältnis der Eingangsimpedanz zur Summe der Impedanz von DAQ-Eingang und Sensorausgang ist:

Diese Messdifferenz von 0,6 mV entspricht einem nahezu vernachlässigbaren impedanzbedingten Messfehler von 1,012 °C.
Um an einem Beispiel zu veranschaulichen, wann die Eingangsimpedanz zu einer wichtigen Spezifikation wird, nehmen wir den hypothetischen Fall an, dass ein Sensor eine extrem hohe Ausgangsimpedanz hat, z. B. 0,625 GΩ. Der Anschluss des DAQ-Geräts an einen Sensor mit einer solchen extrem hohen Ausgangsimpedanz führt dazu, dass eine 5-V-Nennausgabe des Sensors als 3,33 V gelesen wird, was einem hypothetischen Messfehler von 33,4 °C entspricht.

Eingangsruhestrom

Eine Folge der endlichen Eingangsimpedanz besteht darin, dass das Gerät eine geringe Strommenge benötigt, um ein Signal erkennen zu können. Theoretisch sollte dieser Wert 0 A betragen, in der Praxis ist das jedoch nicht möglich.

Beispiel
Das NI-PXIe-7847R hat einen Eingangsruhestrom von ±5 nA. Das bedeutet, dass jeder vom NI PXIe-7847R gemessene Sensor, um korrekt digitalisiert werden zu können, in der Lage sein muss, über seinen gesamten Spannungsausgangsbereich mindestens diesen Strom zu liefern.

Eingangsoffsetstrom

Die Differenz zwischen IB+ und IB- an den Anschlüssen eines Operationsverstärkers kann als Eingangs-Offsetstrom definiert werden. Diese Stromdifferenz beeinflusst die Spannung an diesem Knoten.

Überspannungsschutz

Die analogen Eingangsschaltkreise verfügen über Schutzdioden, die verhindern, dass die kritischsten Bausteine des Geräts, wie etwa der PGIA oder der A/D-Wandler, durch eine hohe Spannung beschädigt werden.

• • Wenn das Gerät eingeschaltet ist, werden diese Dioden mit einer positiven und negativen Spannung vorgespannt, d. h., es muss eine Spannung vorhanden sein, die größer als die Summe aus Vorspannung und Sperrspannung ist, bevor diese Dioden überlastet werden und beschädigt werden können.
  • Wenn das Gerät ausgeschaltet ist, wird die Vorspannung entfernt, sodass die für die Sperrung der Dioden erforderliche Spannung niedriger ist. Dadurch wird das Gerät anfälliger für Beschädigungen.
    
    Beispiel
    Das NI PXIe-7847R hat einen Schutz bis zu ±42 V für AI-Pins. Während das Gerät ausgeschaltet ist, besteht ein geringerer Schutz in Höhe von ±35 V.
    

Maximale Arbeitsspannung

Die maximale Arbeitsspannung ist der Gesamtspannungspegel, den ein Gerät auf jedem analogen Eingangskanal tolerieren kann, bevor die Gültigkeit der Daten auf anderen Kanälen problematisch wird. Die Kombination aus dem zu messenden Signal und einer beliebigen Gleichtaktspannung gegenüber AI GND sollte diese maximale Arbeitsspannungsspezifikation nicht überschreiten, damit die Genauigkeit auf anderen Kanälen gewährleistet bleibt. Beachten Sie, dass die maximale Arbeitsspannung unabhängig vom Eingangsbereich des Geräts ist.

Beispiel
An einem PXIe-7847R wird eine 10 Vpk-Sinusschwingung mit 2,0 VDC Gleichtakt gemessen, die eine maximale Arbeitsspannung von ± 10 V hat, wenn die AI auf einen Bereich von ± 5 V konfiguriert ist (siehe folgende Abbildung):

Die Kombination der beiden Signale erreicht einen Spitzenwert von +12,0 V, der die maximale Arbeitsspannung übersteigt.  

Siehe auch
Überspannungsschutz
Eingangsbereich

Gleichtaktunterdrückungsrate (CMRR)

Wenn an den positiven und negativen Eingängen eines Verstärkers das gleiche Signal festgestellt wird, gibt die CMRR an, wie viel von diesem Signal in der endgültigen (in der Regel in dB gemessenen) Ausgabe unterdrückt wird. Ein idealer Verstärker würde 100 % des Gleichtaktsignals beseitigen, dies ist jedoch in der Praxis nicht erreichbar.

Beispiel
Das NI PXIe-7847R hat einen CMRR von -100 dB zwischen DC und 60 Hz. Das bedeutet, dass es Gleichtaktspannungen um das 100.000-fache dämpfen wird. Wenn es sich beim gemessenen Signal um eine 5-Vpk-Sinusschwingung handelt und die Offset- oder Gleichtaktspannung zwischen dem positiven und dem negativen Eingang 5 VDC beträgt, wird die 5-VDC-Eingabe vom endgültigen Ausgang bis auf 5 μV unterdrückt oder gedämpft. Die CMRR wird in Genauigkeitsableitungen nicht eingeschlossen und sollte separat berücksichtigt werden, wenn das gemessene Signal Gleichtaktspannungen enthält.

Kleinsignal-Bandbreite

Der Frequenzbereich, der mit einer Dämpfung von weniger als -3 dB übertragen wird. Tests für Kleinsignal-Bandbreiten werden mit Niederspannungssignalen durchgeführt, sodass Verzerrungen der Flankensteilheit keine Rolle spielen.

Beispiel
Das NI PXIe-7847R hat eine geringe Signalbandbreite von 1 MHz.

Großsignal-Bandbreite

Der Frequenzbereich, der mit einer Dämpfung von weniger als -3 dB übertragen wird. Tests auf große Signalbandbreite werden mit vollen Leistungssignalen durchgeführt, bei denen die Flankensteilheit eine Rolle spielt.

Beispiel
Das NI PXIe-7847R verfügt über eine große Signalbandbreite von 500 kHz.

Übersprechen

Das Maß dafür, wie stark ein Signal auf einem Kanal in einen Nachbarkanal einkoppeln oder diesen beeinflussen kann. Ein Übersprechen liegt immer dann vor, wenn ein Signal mit veränderlicher Amplitude auf einem Draht oder einer Leiterplattenbahn vorhanden ist, der bzw. die sich physisch in der Nähe eines anderen Drahts oder einer anderen Leiterplattenbahn befindet.

Beispiel
Das NI PXIe-7847R hat eine Übersprechspezifikation von -80 dB, die von DC bis 100 kHz bei einem 50-Ω-Anschluss getestet wurde.

Analogausgang

Aktualisierungszeitpunkt

Bei der analogen Ausgabe gibt Update-Rate an, wie oft das Modul eine Ausgabe erzeugt. Es ist eng an die maximale Update-Rate gebunden

Maximale Ausgaberate

Im Fall der Analogausgabe gibt die Ausgaberate an, wie viele Samples pro Sekunde der D/A-Wandler in analoge Spannungs- oder Stromwerte umsetzt. Die meisten Geräte von NI verfügen über einen einzigen D/A-Wandler pro analogem Ausgangskanal, teilen sich jedoch alle den FIFO, in dem die analogen Ausgabedaten gespeichert werden. Die Ausgaberate kann zuweilen durch die Rate, mit der Daten aus diesem FIFO gelesen und an die verschiedenen geräteeigenen D/A-Wandler übertragen werden können, begrenzt sein, wenn mehrere AO-Kanäle auf demselben Gerät verwendet werden. Die Aktualisierungsrate wird in Samples pro Sekunde (S/s) gemessen.

Zum analogen Eingangsäquivalent siehe Sample-Rate.

Beispiel
Das NI PXIe-7847R verfügt über acht analoge Ausgangskanäle.

• • Die maximale Update-Rate beträgt 1MS/s

Art des D/A-Wandlers

Digital-Analog-Wandler können unterschiedliche Architekturen haben. In dieser Spezifikation erfahren Sie, welche Art von D/A-Wandler bei der Produktentwicklung verwendet wurde.

Beispiel Ein erweiterter R-2R-Digital-Analogwandler wandelt ein digitales Signal mit Hilfe einer Widerstandsleiter in eine analoge Spannung um.

Ausgangsimpedanz

Die Ausgangsimpedanz ist die Impedanz, die wie nachstehend dargestellt, effektiv in Reihe mit einem analogen Ausgangskanal liegt:

Durch eine niedrige Ausgangsimpedanz kann mehr von der erzeugten Spannung über die Last des Analogausgangs abgegeben werden. Es ist wichtig, die Ausgangsimpedanz zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass der gewünschte Spannungspegel erreicht wird.

Beispiel
Das NI PXIe-7847R hat eine Ausgangsimpedanz von 0,5 Ω. Das bedeutet, dass bei einer angeschlossenen Last mit einer Impedanz von 500 Ω und einer vom Benutzer spezifizierten Spannung von 1 V die tatsächliche Spannung an der Last um 0,999 V, d. h. 1,0 mV, niedriger als erwartet wäre. Bei dieser Spannung werden dem Gerät auch 1,99 mA entnommen.

Ausgangsstrom

Bei der analogen Ausgabe ist der Ausgangsstrom die maximale Strommenge, die das Gerät ziehen oder liefern kann. Der Strom, der zur Aufrechterhaltung der programmierten Ausgangsspannung erforderlich ist, wird durch die verbundene Last – einschließlich der Ausgangsimpedanz – in Kombination mit der programmierten Spannung bestimmt.
Die programmierte Ausgangsspannung ist gewährleistet, wenn die Stromstärke unterhalb der spezifizierten Ausgangsstromstärke bleibt. Durch eine Überschreitung der Ausgangsstromstärke gerät das Gerät in einen Zustand der Übersteuerung, in dem die Ausgangsspannung nicht mehr garantiert ist.

Beispiel
Das NI PXIe-7847R kann von jedem analogen Ausgabekanal ±2,55 mA beziehen. Für den ±10-V-Bereich bedeutet dies, dass die niedrigste Gesamtimpedanz, die bei Vollaussteuerung erreicht werden kann, durch die höchste Ausgangsleistung, d. h. den stärksten Strom und die höchste Spannung, bestimmt wird:

Angesichts der Ausgangsimpedanz des PXIe-7847R ist die niedrigste Anschlussimpedanz, die bei Vollaussteuerung erreicht werden kann, die Differenz zwischen der Mindestlast und der Ausgangsimpedanz:

Schutz

Der Schutz der Analogausgangspins wird durch die in jeder Schaltung implementierte Schutzschaltung definiert. Dies könnte vor Stromspitzen oder versehentlichen Kurzschlüssen schützen. Beachten Sie aber bitte die einzelnen Spezifikationen.

Beispiel
Der interne Schutz der Karte PXIe-7847R vor einer versehentlichen Verbindung zwischen einem AO-Kanal und GND umfasst einen Kurzschluss gegenüber Erde. In diesem Fall würden wir eine Stromspitze erwarten, das Modul hat in diesem Fall einen Schutz vor Beschädigung.

Siehe auch Überspannungsschutz und Überstromschutz

Überspannungsschutz

Die Analogausgangsschaltung verfügt über eine Schutzschaltung, die einen Schutz vor Eingangsspannungen bis zu einer bestimmten, durch das Modul festgelegten Spannung bietet.

Beispiel
Das NI PXIe-7847R ist bis zu ±15 V für A0-Pins geschützt. Während das Gerät ausgeschaltet ist, gibt es ein geringeres Schutzniveau bei ±10 V. Die 5-V-Leitungen haben einen ±30-V-Schutz

Einschaltzustand

Unter Einschaltzustand wird der Wert eines analogen Ausgangskanals nach dem Einschalten des Geräts und einer als Ein-/Ausschaltspitze bezeichneten Störungsdauer angegeben. Bevor das Gerät Strom vom Bus bezieht, wird der Wert am Ausgang in der Spezifikation der Einschaltspitze beschrieben.

Beispiel
Beim NI PXIe-7847R können die analogen Ausgangskanäle beim Einschalten vom Benutzer konfiguriert werden.

Einschaltglitch

Beim Herstellen und beim Trennen Stromversorgung zum Gerät kommt es zu einem Störungssignal auf den analogen Ausgangskanälen.

• • Spannungsspitzenenergie-Betrag: die Spitzenamplitude, die ein Störungssignal während einer Störungszeitraums erreicht.
  • Spannungsspitzenenergie-Dauer: der Zeitraum bis zum Abklingen des Störungssignals innerhalb des Einschaltzustands

Beispiel
Das NI PXIe-7847R hat einen angegebenen Glitch von 1 V für 1 μs.

Monotonie

Durch die Monotonie wird gewährleistet, dass bei ansteigenden D/A-Wandler-Codes auch die Ausgangsspannung ansteigt.

Beispiel
Das NI PXIe-7847R gewährleistet, dass die Ausgangsspannung mit den D/A-Wandler-Codes ansteigt. Beispielsweise nimmt eine Rampenfunktion je nach Richtung der Rampe immer entweder zu oder ab.

Einschwingzeit

Die Zeit, die erforderlich ist, bis sich ein analoger Ausgabewert innerhalb eines bestimmten Genauigkeitsgrades stabilisiert hat.

Beispiel
Die Einschwingzeit des NI PXIe-7847R beträgt 5,3 μs. Dies bedeutet, dass bei einer Schwingung über den gesamten ±20-V-Bereich (-16 V, 1 V, -5.3 V, 188.68 V usw.) die maximale Frequenz, die innerhalb von 1 LSB erzeugt werden kann, 1/(5.3 μs) = 188.68 kHz beträgt.

Steilheit

Die Flankensteilheit gibt die Änderungsrate für die analogen Ausgangskanäle in einem bestimmten Gerät an. Sie wird in der Regel in V/µs gemessen. Die Einschwingzeit für die Ausgabe wird unter Berücksichtigung der bereits in der Berechnung enthaltenen Anstiegszeit berechnet. Es ist wichtig, die Flankensteilheit beim Entwurf eines Systems für Hochfrequenzsignale mit hoher Amplitude zu berücksichtigen, da der große Amplitudenhub die Flankensteilheit für ein bestimmtes Gerät übersteigen kann.

Beispiel
Das NI PXIe-7847R hat eine typische Flankensteilheit von 10 V/μs. D. h., die Hochfrequenz, die über den gesamten Bereich erzeugt werden kann, beträgt 1 MHz. Diese Zahl wurde durch Berechnung der Frequenz aus der Zeit (freq=(1/t)) berechnet. Da der Bereich von ±5 V 10 V beträgt und die Flankensteilheit 10 V/μs beträgt, können wir berechnen, dass die höchste Frequenz (1/1μs) oder 1MHz ist. Der Versuch, ein Signal über den gesamten Bereich mit höherer Amplitude auszugeben, führt zu einer unerwünschten Verzerrung.

Glitch-Energie am mittleren Übergang

Glitch-Energie im mittleren Bereich wird vom D/A-Wandler erzeugt. Der Grund für diese Spannungsspitzen ist, dass die interne Schaltung einen Spannungsspitzenwert erzeugt, wenn das höchstwertige Bit (MSB) in der Mitte des Bereichs des D/A-Wandlers geschaltet wird. Sie wird ähnlich wie eine Einschaltglitch angegeben und ist ein Integral der Spannung über der Zeit.

Beispiel
Das PXIe-7847R hat eine Glitch-Energie im mittleren Bereich von ±10 mV für 3 μs.

5V-Ausgang

Ausgangsspannung

Die 5-V-Leitung hat eine Toleranz, die davon abhängt, welcher Spannungsbereich vom 5-V-Pin als akzeptabel angesehen wird.

Beispiel
Das PXIe-7847R gilt als spezifiziert, wenn der 5-V-Pin eine Spannung im Bereich von 4,75 V bis 5,1 V ausgibt.

Ausgangsstrom

Die Ausgangsstromspezifikation in Bezug auf die 5-V-Ausgabe ist, um den Benutzer darüber zu informieren, dass es eine Grenze für die Stromstärke gibt, die Pins quellen können.

Beispiel
Wenn ein Benutzer den 5-V-Pin als Erregerleitung für einen seiner Sensoren verwenden möchte, sollte dies in Ordnung sein, vorausgesetzt, dass die Last des Sensors groß genug ist, um sicherzustellen, dass das Modul die angegebene Stromgrenze für den 5-V-Pin nicht erreicht. Das PXIe-7847R hat beispielsweise einen Ausgangsstrom von maximal 0,5 A vom 5-V-Pin.

Wenn V=IR und V=5 ist und I < 0,5, dann muss R, der Widerstand der Last mindestens 10 Ω betragen.

Überspannungsschutz

Abdeckung im Überspannungsschutz unter Analogausgabe

Überstromschutz

Die Stromgrenzbedingung, die das Modul in einen Überstromzustand versetzt.

Beispiel
Das PXIe-7847R verfügt über einen Überstromschutz bei 650mA. Bei diesem Wert geht die Karte in einen Überstromzustand über.

Digitale I/O

Maximale Frequenz

Dies ist die maximale Rate, mit der das Modul DIO-Signale zuverlässig abtasten/erzeugen kann.

Beispiel
Das PXIe-7847R hat eine maximale Frequenz von 10 MHz an Anschluss 0 und 80 MHz an Anschluss 1. Bei anderen Modulen wie dem PXIe-7822R hat es an allen 4 Anschlüssen eine maximale Frequenz von 80 MHz. Die Frequenz von 80 MHz wird an speziellen DIO-Steckverbindern erreicht, die mit speziell für DIO-Signale entwickelten Verkabelungs- und Breakout-Boxen (RDIO2-Kabel und HSDIO-Anschlussblock) validiert wurden, um Übersprechen und Rauschen bei digitalen Signalen auszuräumen. Für den PXIe-7847R-Anschluss 0 wird jedoch ein RMIO-Kabel und ein SCB-68A-Anschlussblock verwendet, der auch analoge Signale leitet und nicht speziell für digitale Signale entwickelt wurde. Obwohl die DIO-Kanäle in Anschluss 0 in SW über 10 MHz hinausgeschoben werden können, kann sich die Signalintegrität aufgrund von Übersprechen und anderen Faktoren verschlechtern.

Kompatibilität

Digital-I/O-Kompatibilität sind die logischen Standards, die das Modul/die Karte der R-Serie einhalten kann. Es gibt viele verschiedene Standards für Logikpegel. Einige der häufigsten sind TTL, CMOS, ECL, LVTTL, LVCMOS.

Beispiel
Das PXIe-7847R arbeitet mit LVTTL und LVCMOS

High-Eingangsspannung / Low-Eingangsspannung (VIH / VIL)

Die empfohlenen Betriebsspannungsbereiche, die ein Eingangssignal besitzen sollte, um ein logisches High oder ein logisches Low zu registrieren. Die Logikfamilie legt die Schwellwerte für Vil (Spannungseingang Low Maximum) und Vih (Spannungseingang High Minimum) fest, die die logischen Pegel definieren und mit einem logischen High (1) oder Low (0) korrelieren. Dazwischen sind diese beiden Ebenen nicht definiert.

Beispiel
Das PXIe-7847R hat Logikfamilien von 1,2, 1,5, 1,8, 2,5 und 3,3 V. Jede Familie hat ein entsprechendes Vil und Vih, die in den Spezifikationen aufgeführt sind.

Minimale Eingabe

Der niedrigste Spannungswert, der in den digitalen Pin des Moduls/der Karte der R-Serie eingegeben werden soll.

Maximale Eingabe

Der höchste Spannungswert, der in den digitalen Pin des Moduls/der Karte der R-Serie eingegeben werden soll.

Eingangsleckstrom

Idealerweise hat ein Eingangspin eine unendliche Impedanz und keinen Stromfluss, aber in Wirklichkeit hat der Eingang eine große Impedanz (aber endlich), die zu einem sehr kleinen Stromfluss führt. Der Eingangsleckstrom ist das Ergebnis aller Impedanzkomponenten und des resultierenden Stroms. Die Art und Weise, wie dies von NI festgelegt wird, ist, dass es einen maximalen Strom gibt, der eine Folge von Streuung sein könnte.

Beispiel
Das PXIe-7847R hat einen maximalen Eingangsleckstrom von ±15 μA.

Eingangsimpedanz

Die Eingangsimpedanz gibt an, in welchem Maße die Eingangsschaltung verhindert, dass Strom zum Digitaleingang COM durchfließt.

Beispiel
Die Eingangsimpedanz des PXIe-7847R beträgt typischerweise 50kΩ. Ein Fall, in dem die Eingangsimpedanz etwas wird, das Sie beachten müssen, ist, wenn die Quelle eine große Ausgangsimpedanz hat. Nehmen wir den hypothetischen Fall, dass ein Sensor eine extrem hohe Ausgangsimpedanz hat, z. B. 30 kΩ. Wenn Sie das NI-Modul an einen Sensor mit dieser extrem hohen Ausgangsimpedanz anschließen, wird eine Nennleistung von 3 V des Sensors mit 1,875 V gelesen, was bei diesem Spannungspegel möglicherweise undefiniert ist.

High-Spannung (VOH) oder Low-Spannung (VOL) oder Ausgangsspannung

Die Betriebsspannung liegt in Bereichen, die beim Erzeugen eines High- oder Low-Pegels von einem Ausgangssignal erwartet werden können. Die Ausgangsspannung gibt in der Regel auch den Strom an, den das Modul versenken/quellen kann, um die High- oder Low-Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten.

Maximaler DC-Ausgangsstrom pro Kanal

Der maximale garantierte Strom, den das Modul von allen Ein-/Ausgangsleitungen aus steuern kann, ohne in einen Überstromzustand überzugehen. Dies kann von der Spannungsfamilie abhängen

Beispiel
Das PXIe-7847R kann maximal 4 mA an der 3,3-V-Logikfamilie stromliefern/stromziehen.

Ausgangsimpedanz

Ausgangsimpedanz ist die Impedanz, die effektiv mit einem digitalen Ausgangskanal in Reihe liegt. Durch eine niedrige Ausgangsimpedanz kann mehr von der erzeugten Spannung über die Last des Analogausgangs abgegeben werden. Es ist wichtig, die Ausgangsimpedanz zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass der gewünschte Spannungspegel erreicht wird. Die Ausgangsimpedanz mit Ausgangsstrom kann zur Bestimmung der erwarteten Ausgangsspannung verwendet werden.

Beispiel
Das PXIe-7847R gibt eine Ausgangsimpedanz von 50 Ω an. Wenn also eine Last mit einer Impedanz von 500 Ω verbunden wäre, würde die Spannung dieser Last anliegen, vorausgesetzt, eine Ausgangsspannung von 3,3 V wäre 3 V.

Einschaltzustand

Zustand einer DIO-Leitung beim Einschalten des Moduls. Der Zustand könnte ein digitaler Eingangsausgang sein, und außerdem eine hohe, niedrige, hohe Impedanz usw., basierend auf den Zuständen, die dem Modul während der Inbetriebnahme zur Verfügung stehen. 

Beispiel
Sie können die Digital-I/O-Leitungen des NI 78xxR einzeln für die Ein- oder Ausgabe konfigurieren. Wenn das System eingeschaltet wird, sind die DIO-Leitungen in der Regel bei 50kΩ, ziehen Sie nach unten. Um einen anderen Einschaltzustand festzulegen, können Sie das NI 78xxR so konfigurieren, dass ein VI beim Einschalten des Systems geladen wird. Das VI kann dann die DIO-Leitungen in einen beliebigen Einschaltzustand versetzen

Schutz

Einzelne digitale Leitungen verfügen über einen dedizierten I/O-Schutz gegen elektrostatische Entladung (ESD) und Überspannungszustände. Es wird empfohlen, die langfristige Über-/Unterspannungsbelastung durch die Digital-I/O zu minimieren. Längere Gleichspannungsspannungen, die gegen die maximale und minimale digitale Eingangsspannung verstoßen, können die Lebensdauer des Geräts verringern. Über-/Unterspannungsbelastungen gelten als verlängert, wenn die kumulierte Zeit im abnormalen Zustand 1 Jahr überschreitet.

Auswahl digitaler I/O-Spannung

Jedem Steckverbinder muss eine Logikfamilie zugeordnet sein. Dies ist in SW programmierbar, wird aber beim Kompilieren (nicht während der Ausführung) definiert.
Richtungssteuerung digitaler I/O-Kanäle

Dadurch wird festgelegt, ob jede Leitung, jeder Port oder jeder Steckverbinder als digitaler Ein- oder Ausgang definiert werden kann.

Beispiel
Das NI-7847R kann als digitale Ein- oder Ausgabe definiert werden.

Minimale I/O-Impulsbreite

Minimale I/O-Impulsbreite gibt an, wie lange ein I/O-Zustand mindestens ausgeführt werden muss, damit der Zustand abgeschlossen und stabil ist. Anders ausgedrückt muss ein digitaler Zustand für die durch die minimale I/O-Impulsbreite definierte Zeitdauer konstant sein.

Beispiel
Das PXIe-7847R hat eine minimale I/O-Impulsbreite von 6,25 ns, so dass eine vollständige Periode 12,5 ns dauern würde. Wenn Sie die Umkehrung finden, lautet sie 80 MHz.

Minimale Sample-Periode

Dies kann als die maximale vom FPGA unterstützte Zeitbasis für die Abtastung des DIO-Signals definiert werden.  

Beispiel
Das PXIe-7847R hat eine minimale Sample-Periode von 5 ns. Wenn wir wissen, dass die Frequenz gleich der Umkehrung der Zeit ist. Dann können wir die maximale Zeitbasis, die vom FPGA des PXIe-7847R unterstützt wird, auf 200 MHz berechnen.

Maximale Eingangsstreuung

Siehe Eingangsleckstrom

Charakteristische Impedanz

Dies ist der äquivalente Widerstand einer Übertragungsleitung, wenn diese unendlich lang wäre, was auf die verteilte Kapazität und Induktivität zurückzuführen ist, während sich die Spannungs- und Strom-„Wellen“ entlang der Kabellänge ausbreiten.

Beispiel
Das PXIe-7847R hat einen Wellenwiderstand von 50 Ω am externen Taktgeber. Das bedeutet, dass, wenn Sie einen externen Takt in das Gerät leiten, die Verkabelung und der Abschlusswiderstand für beste Ergebnisse auf 50 Ω abgestimmt sind, Reflexionen minimiert werden.

Einschaltzustand

Siehe Einschaltzustand

Min. Eingabe

Siehe Min. Eingabe

Max. Eingabe

Siehe Maximum

Logikpegel

Ein logischer Pegel wird in der Regel durch eine Norm definiert, ist aber der Spannungspegel, bei dem ein Eingang als High (1) oder Low (0) registriert wird. Dieses Thema ist eng mit dem Abschnitt Kompatibilität verbunden.

Maximale Eingangsfrequenz

Die maximale Frequenz, die in den externen Takt geleitet werden kann

Rekonfigurierbarer FPGA

Field Programmable Gate Arrays sind reprogrammierbare Siliziumchips. Weitere Informationen dazu finden Sie in anderen NI-Ressourcen. (NI FPGA)

Einige andere gängige Terminologien bei der Verwendung von FPGAs sind:

Flipflops: manchmal auch als Register bezeichnet
LUT: Zuordnungstabelle

Onboard-DRAM

Dynamischer Direktzugriffsspeicher. Dabei handelt es sich um eine Art RAM, der jedes Bit Speicher in separaten kleinen Kondensatoren in einem integrierten Schaltkreis speichert. Diese Kondensatoren können eine Ladung aufnehmen (1) oder entladen (0), aber da es sich um Kondensatoren handelt, leiten sie elektrische Ladung aus, wenn sie nicht aufgefrischt werden. Daher ist der gesamte Speicher flüchtig und geht nach einem Stromausfall schnell verloren.

Synchronisationsressourcen

Je nach Gerät und Formfaktor (PCI/PCIe, PXI/PXIe) gibt es verschiedene Synchronisationsoptionen. Allgemein definiert von NI als Ein- oder Ausgangsquellen. Die Quellen werden durch den Formfaktor und die für jedes Modul verfügbaren Verbindungen definiert. Wenn Sie Synchronisationsimpulse vom oder zum Modul übertragen möchten, sind diese Quellen nützlich.

Beispiel
Das PXIe-7847R verfügt über typische PXIe-Leitungen, die in die Backplane eines PXIe-Chassis integriert sind. Dazu gehören PXI_Star-Leitungen mit übereinstimmender Leiterbahnlänge, PXI_Trig-Leitungen, die bidirektional sind, sowie der Zugriff auf die Backplane-Taktquellen.

Busanschluss

PCI, PCI Express, PXI, PXI Express und USB sind allesamt Beispiele für Busschnittstellen, mit denen ein MIO-DAQ-Gerät umgehen kann. Diese Busse zeichnen sich jeweils durch spezifische Kombinationen von Datendurchsatz, Wartezeit, Portabilität und Kanalanzahl aus.

Beispiel
Die rekonfigurierbare Multifunktions-I/O von NI (R-Serie) ist in USB, PXI Express und PCI Express erhältlich. Während diese Geräte und Module einen ähnlichen Funktionsumfang aufweisen, bieten das PXI-Express-Modul und das PCI-Express-Gerät im Vergleich zum USB-Gerät eine geringere Wartezeit und einen höheren Durchsatz. Das PXI-Express-Modul hat den zusätzlichen Vorteil des PXI-Express-Systems. Das USB-Gerät hat den Vorteil, dass es im laufenden Betrieb austauschbar und kompakter ist, womit es besser für mobile Anwendungen geeignet ist.

Stromversorgung (maximale Spezifikationen)

Es ist wichtig, den Strombedarf von USB- und PCI-Geräten bzw. PXI-Modulen zu kennen, damit die richtige Strommenge bereitgestellt werden kann. Die in diesem Abschnitt angegebenen Werte gelten für den Normalbetrieb und geben nicht die maximale Leistung an, die ein Gerät oder Modul aufnehmen kann, wenn es außerhalb der Spezifikationen verwendet wird. Bei USB-Geräten entspricht ein von NI geliefertes Netzteil den empfohlenen Spezifikationen. Falls erforderlich, können Sie jedoch ein Netzteil eines Drittanbieters oder ein nach Benutzerspezifikation angefertigtes Netzteil verwenden. Bei PCI- und PCI-Express-Geräten gibt es einen Netzanschluss, der genutzt werden kann, wenn mehr Strom benötigt wird. Dies ist am häufigsten der Fall, wenn die +5-V-Versorgungsschiene zur Versorgung einer externen Schaltung verwendet wird. Weitere Informationen finden Sie unter Strombegrenzungen. Im Fall von PXI- oder PXI-Express-Modulen ist diese Spezifikation bei der Erstellung eines Strombudgets nützlich. Weitere Informationen finden Sie unter „Ähnliche Links“.

Beispiel
Das PXIe-7847R bezieht 3 A von der +3,3-V-Schiene und 2 A von der +12-V-Schiene. Die Gesamtleistung wird also mit P = I*V berechnet. Daher beträgt die Gesamtstromaufnahme des PXIe-Moduls 33,9 W.

Siehe auch
Erstellen eines Strombudgets auf einem PXI-System

Äußere Merkmale

NI veröffentlicht zu den meisten Produkten technische Zeichnungen, die zur Überprüfung des lichten Abstands vor dem Kauf eines Geräts oder zur Erstellung eines Modells des aufzubauenden Systems dienen können. Zusätzlich zu den Abmessungen stellt NI eine umfassende Liste benutzerdefinierter Verkabelungen, Steckverbinder und Schrauben bereit.

Siehe auch
Abmessungszeichnungen
Benutzerdefinierte Kabel, Ersatzsteckverbinder und Schrauben für NI DAQ-Gerät

Maximale Arbeitsspannung

Siehe den Abschnitt Maximale Arbeitsspannung. Beachten Sie jedoch die Bewertung "Measurement Category" und die Hinweise in diesem Abschnitt des Handbuchs, da sie Hinweise zur Sicherheit und ordnungsgemäßen Verwendung geben.

Sicherheit, elektromagnetische Verträglichkeit und CE-Zulassung

Die Standards, hinsichtlich derer rekonfigurierbare MIO-Geräte getestet werden und denen sie entsprechen, sind in den drei Abschnitten unserer Spezifikationshandbücher aufgeführt. Für weitere Informationen zu den Standards, siehe die Seite Produktzertifizierungen.

Beispiel
Sie können sich die Konformitätsspezifikationen für das PXIe-7847R ansehen, indem Sie die Zertifizierungssuche verwenden: PXIe-7847R

Stoß- und Vibrationsfestigkeit

Rekonfigurierbare MIO-Geräte (R-Serie) werden nach spezifischen Industriestandards getestet, um sicherzustellen, dass die Genauigkeit gemäß den Spezifikationen und die Geräteintegrität gemäß den angegebenen Schock- und Vibrationsspezifikationen erhalten bleibt. Es ist wichtig, diese spezifizierten Werte nicht zu überschreiten, damit ein ordnungsgemäßer und genauer Betrieb des Geräts sichergestellt ist.

Beispiel
Das PXIe-7847R wurde nach den Vorgaben von IEC-3 und gemäß einem nach MIL-PRF-28800F erstellten Prüfprofil geprüft.

Kalibrierung

Wie bei allem Mess- und Prüfequipment ist es wichtig, dass eine Routinekalibrierung durchgeführt wird, um sicherzustellen, dass das Gerät im Rahmen der spezifizierten Genauigkeitseinstellungen arbeitet. Das Gerät verfügt über eine gewisse Eigenerwärmung, sodass es wichtig ist, vor der Durchführung von Messungen die angegebene Aufwärmzeit einzuhalten, damit sichergestellt ist, dass eine stabile Temperatur erreicht wurde. In der Regel ist zu empfehlen, eine Selbstkalibrierung des Geräts durchzuführen, falls dies unterstützt wird. Weitere Informationen zu den von NI angebotenen Kalibrierdienstleistungen finden Sie unter Kalibrierdienstleistungen.

Beispiel
Das PXIe-7847R hat eine Aufwärmzeit von 15 Minuten und ein Kalibrierintervall von 1 Jahr. NI empfiehlt, 15 Minuten nach dem Einschalten eine Selbstkalibrierung des Geräts durchzuführen, um eine optimale Genauigkeit zu sicherzustellen. NI empfiehlt, das Gerät nach einer Nutzungszeit von einem Jahr zwecks einer zertifizierten Kalibrierung einzusenden. Für ausschließlich digitale Module (PXIe-782XR) gibt es kein Kalibrierintervall oder -verfahren. Die Empfehlungen zur allgemeinen Pflege und Selbstkalibrierung gelten für alle NI-Module.

• Multifunktions-Gerät mit rekonfigurierbarer I/O (Produktseite)
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