Spezifikationen im Detail: NI DSA und SC Express DAQ

Dieses Handbuch ist in die gleichen Abschnitte unterteilt wie die meisten NI-Spezifikationshandbücher. Die folgenden Begriffe und Definitionen sind in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt, können jedoch in den Spezifikationshandbüchern in einer anderen Reihenfolge erscheinen. Diese Anleitung gilt ausschließlich für DAQ-Geräte und -Module des Typs 44xx (DSA) und 43xx (SC Express). Bei anderen NI-Produktfamilien wie Multifunktions-I/O-DAQ, 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. 

 

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. Für typische Spezifikationen wird keine Gewähr übernommen.
• Charakteristische 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.

 

Geräte und Module von NI DSA und SC Express verfügen in der Regel nur über analoge Erfassungs- oder Ausgabesysteme.  Es gibt Spezifikationen, die nur für DSA oder SC Express 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.

Gängige Spezifikationen zur analogen Erfassung

Typ des A/D-Wandlers

Aufeinanderfolgendes Approximationsregister (SAR)

A/D-Wandler, der ein analoges Signal durch binäre Suche in eine diskrete digitale Darstellung umwandelt, um eine erzeugte Spannung mit der bereitgestellten Signalspannung abzugleichen.

Delta-Sigma

Eine A/D-Wandler-Architektur bestehend aus einem 1-Bit-A/D-Wandler und einer Filterschaltung, die das Eingangssignal überabtastet und Rauschformen durchführt, um eine hochauflösende digitale Ausgabe zu erzielen.

Überabtastrate

Diese Terminologie gilt nur für Module mit Delta-Sigma-A/D-Wandlern. Delta-Sigma-A/D-Wandler verwenden Sample-Raten, die große Vielfache sind, z. B. 128 Mal die Nyquist-Rate für ein gegebenes Signal. Um beispielsweise ein 25-kHz-Signal abzutasten, wäre eine Sample-Rate größer als die Nyquist-Rate (also über 50 kHz) ausreichend. Ein Delta-Sigma-A/D-Wandler mit 128-facher Überabtastrate tastet das Signal jedoch bei 6 MHz ab. Dieser Ansatz hat mehrere Vorteile, wie besseres Antialiasing und höhere Auflösung.

Die überabgetasteten Daten werden von einem digitalen Filter im A/D-Wandler verarbeitet, bevor die Daten ausgegeben werden. Da die Verarbeitung der überabgetasteten Daten durch den Digitalfilter ungleich 0 dauert, ist die Ausgangsdatenrate immer kleiner als die Überabtastrate. Die Ausgangsdatenrate entspricht der Überabtastrate dividiert durch das A/D-Wandler-Dezimierungsverhältnis.

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ADC-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-4300 ist ein 16-Bit-Gerät. Dies bedeutet, dass die kleinste Amplitudenänderung, die im ±5-V-Bereich erfasst werden kann, 0,152 mV beträgt. Im ±0,1-V-Bereich beträgt dieser Wert 3,05 µV.

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Zeitbasis

Frequenz

In dieser Spezifikation wird angegeben, welche Frequenzen als Zeitbasisfrequenz zur Verfügung stehen.

Genauigkeit

Bei Angabe in ppm wird angegeben, wie weit von der angegebenen Frequenz die tatsächliche Zeitbasisfrequenz entfernt sein kann. Diese Spezifikation unterliegt den Spezifikationen für das Kalibrierintervall des Geräts.

Quelle

Dadurch wird angezeigt, welche externen Verbindungen als externe Zeitbasen zur Verfügung stehen.

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Referenztakt

Sperrfrequenzen

In der Regel wird dies anhand des Referenzsignals angezeigt, sofern es sich um gültige Sperrfrequenzen für die Referenztaktsynchronisation handelt.

Quelle

Daraufhin werden gültige Referenztaktquellen für das Gerät angezeigt.  Dieser besteht in der Regel aus dem Onboard-Takt und dem Chassis-Backplane-Takt.

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Filtergruppenverzögerung (ADC-Filterverzögerung)

Analoge Verzögerung

Diese Filterverzögerung ist das Ergebnis des Signals, das einen Analogfilter des Geräts durchläuft. Die Werte variieren je nach Bereich/Verstärkung des Geräts.

Digitalfilterverzögerung

 Unkompensierte Gruppenverzögerung

Diese Filterverzögerung ist das Ergebnis von Analogfilterverzögerung, gepuffertem Digitalfilter oder hardwaregetaktetem Einzelwertfilter. Diese Verzögerung wird bei der Synchronisation nicht ausgeglichen und muss berücksichtigt werden, um keine Phasenverschiebung in den Daten zu sehen.

Kompensierte Gruppenverzögerung

Diese Filterverzögerung ist das Ergebnis des gepufferten Antialiasing-Filters. Bei der Synchronisation mit anderer Hardware wird diese Verzögerung automatisch ausgeglichen.

Basisfiltergruppenverzögerung

Diese Verzögerung entsteht durch den digitalen Antialiasing-Filter des Geräts.  Sie ist Teil der Spezifikation "Compensated Group Delay" und wird durch die Eingangsfrequenz des Moduls bestimmt.

Verzögerung der Variablenfiltergruppe

Diese Verzögerung entsteht durch den digitalen Antialiasing-Filter des Geräts.  Sie ist Teil der Spezifikation "Compensated Group Delay" und wird durch die Sample-Rate des Moduls bestimmt.

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Bandbreite/Aliasunterdrückung

Durchlassbereich/Aliasfreie Bandbreite

Der Durchlassbereich/Alias-freie Bandbreite ist definiert als der Frequenzbereich beginnend bei DC bis zu dem Punkt, an dem der Antialiasing-Filter seinen -0,1-dB-Punkt erreicht.  In diesem Bereich sollte sich das zu messende Signal befinden, um eine korrekte Messung zu erhalten.

             Beispiel:

Das PXIe-4464 listet seine Alias-freie Bandbreite (BW) (Durchlassbereich) als "DC bis 0,454 * fs" auf, was bedeutet, dass das 4-fache Ihrer Sample-Frequenz der Durchlassbereich für Ihre Strommessung ist.

Sperrbereichs-/Aliasunterdrückung

Die Sperrbereichs-/Aliasunterdrückung wird durch 2 Teile definiert, eine Dämpfungs- oder Unterdrückungsspezifikation sowie eine Frequenzspezifikation. Die Dämpfung/Unterdrückung definiert die minimale Dämpfung des Signals, während die Frequenz den Ausgangspunkt für diese Dämpfung bestimmt.

             Beispiel:

Die Spezifikationen für das PXIe-4330 sind unten dargestellt.

                 

Für das PXIe-4330 bedeutet dies, dass Signale mit einer Frequenz von 0,55 Mal der Sample-Frequenz eine Dämpfung von 100 dB gegenüber dem ursprünglichen Signal aufweisen.

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Mindestfrequenz für Aliasloch

Die Delta-Sigma-A/D-Wandler an Geräten verfügen über eine Oversampling-Architektur und scharfe digitale Filter mit Grenzfrequenzen, die die Sample-Rate verfolgen.  Da der digitale Filter im Inneren des A/D-Wandlers aufgebaut ist, entsteht bei größeren Frequenzen ein kleines Loch, in dem theoretisch Aliasnamen zu sehen sind.

Ablehnung am Aliasloch

Um die vom A/D-Wandler hinterlassenen Alias-Löcher zu bekämpfen, wird ein analoger Festfrequenzfilter auf Hochfrequenzkomponenten entlang des Analogpfads angewendet.  Dies gibt an, welche Unterdrückung diese hochfrequenten Komponenten sehen.

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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-4300 hat einen CMRR von 100 dB für den 5-V-Bereich. 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.

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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-4464 hat eine Übersprechspezifikation von -95 dB für benachbarte Kanäle und von -125 dB für nicht benachbarte Kanäle. Das bedeutet, dass der Kanal ai2 eine Übersprechspezifikation von -95 dB zwischen den Kanälen ai1 und ai3 und eine Übersprechspezifikation von -125 dB gegenüber allen anderen ai-Kanälen hat.

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Kopplung

Einige Module wie NI 4461 und NI 4464 unterstützen sowohl DC- als auch AC-gekoppelte Modi. Bei Auswahl des DC-Kopplungsmodus wird der DC-Offset im Quellsignal an den A/D-Wandler weitergeleitet. Bei Auswahl des AC-Kopplungsmodus wird am Eingang des Signalpfads ein Hochpassfilter aktiviert, der den größten DC-Inhalt des Signals herausfiltert.

Siehe auch: Grundlegende Informationen zur AC- und DC-Kopplung.

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Erregungs-Kenndaten

          Art der Erregung

Gibt an, welche Art von Ausgang beim Anfordern einer Erregung von einem Modul vorgesehen ist. Bei SC Express wird dies in der Regel als „Konstante Differenzspannung (symmetrisch)“ aufgeführt.

          Rauschen

Gibt das Rauschen an der Erregerleitung und die Bandbreite an, mit der das Rauschen gemessen wurde. In der Regel in μVeff darstellen.

          Werte/Spannung programmierbar

Gibt an, welche Spannungswerte von der internen Erregung des Moduls bereitgestellt werden sollen.

          Maximaler Fehlerstrom

Ist der maximale Strom, den das Modul bei einem Fehler in der externen Schaltung bereitstellen kann.

          Minimaler Strom/Maximaler Strom/Strom

Ist der kleinste maximale Strom, den das Modul durch Erregung bereitstellen kann.

          LVDT-Modulspezifisch

               Spannungsprogrammierbarkeit

  Gibt an, welche Spannungswerte von der internen Erregung des Moduls bereitgestellt werden sollen.

               Frequenzprogrammierbarkeit

  Gibt an, welche Frequenzwerte das Gerät für die bereitgestellte Erregung auswählen kann.

               Ausgangsstrom

                    Ist der kleinste maximale Strom, den das Modul durch Erregung bereitstellen kann.

               Verstärkungsgenauigkeit

                    Ist die Genauigkeit der Verstärkung der bereitgestellten Erregerspannung vom Modul.

          Einstellbereich

Ein Bereich für die Ausgabe der Erregung kann der Benutzer beliebige Werte innerhalb dieses Bereichs auswählen, die mit der entsprechenden Schrittweite der Justierauflösung kompatibel sind.

          Lastregelung

Ist die Fähigkeit, eine konstante Spannung (oder einen konstanten Strom) am Ausgangskanal eines Netzteils trotz Änderungen in der Last des Netzteils aufrechtzuerhalten.

          Stromgrenzwerterkennung

Ist eine softwarelesbare Eigenschaft der Erregung, die sich ändert, wenn der aktuelle Erregerstrom mit dem angegebenen Grenzstrom verglichen wird.        

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IEPE

IEPE - Offene Erkennung

                    Ist eine softwarelesbare Eigenschaft für das Modul, die dem Benutzer mitteilt, ob die Schaltung gerade geöffnet ist.

IEPE-Kurzerkennung

                    Ist eine softwarelesbare Eigenschaft für das Modul, die dem Benutzer mitteilt, ob die Schaltung gerade einen Kurzschluss hat.

Compliance-Spannung

Entweder als Wert oder als Wert min angegeben, ist die Compliance-Spannung der minimale Maximalwert, zu dem sich Vcommon-mode + Vbias + Vfull-scale addiert. wobei
VGleichtakt ist die Gleichtaktspannung am Eingangskanal VVorspannung ist die Gleichspannung des Sensors VGesamtbereich ist die Wechselspannung des Sensors.

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Ausbalancierte Quelle

Eine symmetrische Quelle verwendet drei Leitungen, um das Signal zu übertragen. Zwei der Leitungen führen negative und positive Signale (AC-Signal) und die dritte wird zur Erdung verwendet.  Die hohe Verstärkung und die isolierte Masse sorgen für ein saubereres, rauschfreies Signal bei Verwendung einer symmetrischen Quelle.

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Unsymmetrische Quelle

Eine unsymmetrische Quelle, es gibt nur zwei Leiter. Einer ist positiv, der andere negativ und wird auch für Masse verwendet.  Besser für kurze Kabel in rauscharmen Umgebungen.

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 FIFO-Puffergröße

 NI-DAQ-Geräte können bei der Ausführung analoger Eingabe- und analoger Ausgabe-Tasks Daten in einem geräteeigenen FIFO speichern.

• • Bei Eingabe-Tasks wird dieser FIFO zum Puffern von Daten verwendet, bevor die NI-DAQmx-Treibersoftware die Daten an einen vorab zugewiesenen Ort im RAM, den so genannten PC-Puffer, überträgt.
    
  • Bei Ausgabe-Tasks können die Daten, deren Erzeugung ein Benutzer anfordert, in einer Kombination aus FIFO- und PC-Puffer gepuffert werden.

Geräte mit Eingangs- und Ausgangskanälen haben für jedes Subsystem einen dedizierten FIFO. Das FIFO wird jedoch von allen Kanälen innerhalb dieses FIFOs gemeinsam genutzt. Im Fall der analogen Eingabe implementiert der Treiber NI-DAQmx Datenübertragungsmodi, um sicherzustellen, dass die im FIFO gespeicherten Daten schnell genug in den PC-Puffer übertragen werden, damit es keinen Überlauf im geräteeigenen FIFO gibt. Im Fall der analogen Ausgabe implementiert der Treiber NI-DAQmx Datenübertragungsmodi, um sicherzustellen, dass die Daten im PC-Puffer schnell genug in den geräteeigenen FIFO übertragen werden, damit es keinen Underrun im FIFO gibt. Im Fall der analogen Ausgabe gibt es vom Benutzer auswählbare Merkmale, durch die festgelegt werden kann, ob der PC-Puffer überhaupt genutzt werden soll und ob nur aus dem geräteeigenen FIFO ein einzelner Signalverlauf regeneriert werden soll.

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Flachheit

Die Signale innerhalb eines Durchlassbereichs haben eine frequenzabhängige Verstärkung oder Dämpfung. Die geringe Verstärkungsabweichung gegenüber einer Referenzfrequenz wird Durchlassebene genannt.

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Frequenzgang (Amplitude und Phase)

Wenn ein Frequenz-Sweep über den Analogeingang eines Moduls durchgeführt wird, ändern sich Betrag und Phase des gemessenen Signals basierend auf den Filtereigenschaften des Moduls.  Diese Daten werden in der Regel in einem Diagramm oder einer Tabelle mit Frequenzwerten dargestellt.

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Verstärkungsamplitude/-genauigkeit

Verbleibender Verstärkungsfehler, der bekanntlich nach einer Selbstkalibrierung auftritt.

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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:

Das NI PXIe-4309 hat eine Eingangsimpedanz von Zin > 10 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 75 nV entspricht einem nahezu vernachlässigbaren impedanzbedingten Messfehler von 1,5 μC.
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. 5 GΩ. Der Anschluss des DAQ-Geräts an einen Sensor mit dieser extrem hohen Ausgangsimpedanz führt dazu, dass eine 5-V-Nennausgabe des Sensors als 3,333 V gelesen wird, was einem hypothetischen Messfehler von 33,34 °C entspricht.

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Eingangsrauschen

          Zusätzliches Systemrauschen, das vom analogen Front-End erzeugt wird, gemessen mittels Erdung des Eingangskanals.

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Isolierung

 Die Isolierung dient dazu, zwei Teile eines Geräts physikalisch und elektrisch voneinander zu trennen. Es schützt Computer-Schaltkreise und menschliche Bediener, unterbricht Masse-Schleifen und verbessert die Gleichtaktspannung und die Rauschunterdrückung.

          Kanalweise Isolierung

Jeder Kanal ist von jedem anderen Kanal und anderen nicht isolierten Bauelementen isoliert.  In der folgenden Abbildung ist die Kanal-zu-Kanal-Isolierung dargestellt. Va,b, Vc,d, Ve,f und Vg,h befinden sich auf separaten Leitungen und sind voneinander isoliert.

          Kanal gegenüber Erde

Die Kanäle des Geräts und die Masse des Geräts sind elektrisch voneinander isoliert.  Die Isolation zwischen Kanälen und Erde ist in Abbildung dargestellt. Die Spannungen des isolierten Frontends (Va-c ) befinden sich auf demselben Bus. Diese Spannungen sind nicht voneinander isoliert. Ve,d befinden sich auf einem separaten Bus und sind vom Frontend isoliert.

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Kanal-zu-Kanal-Übereinstimmung

Nicht übereinstimmende Kanalverstärkung

Unterschiedliche Kanal-zu-Kanal-Verstärkung definiert die Differenz der Verstärkung an einem beliebigen Kanal relativ zu einem Referenzkanal. Sie wird als Funktion der Eingangsfrequenz angegeben.

Phasenabweichung zwischen Kanälen

Phasenunterschied zwischen Kanälen definiert den Phasenunterschied zwischen einem Kanal und einem Referenzkanal. Sie wird basierend auf dem Messbereich und der Eingangssignalfrequenz der Messung angegeben.

Beispiel

NI 4302 im 10-V-Bereich gibt die Kanal-zu-Kanal-Verstärkung von fin * 0,035°/kHz (Maximum) an. Wenn die Eingangssignalfrequenz beispielsweise 2 kHz beträgt, beträgt die maximale Phasendifferenz an einem Kanal relativ zu einem anderen Kanal des Moduls 0,07°.

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Offset (Rest DC)

Verbleibender Offset-Fehler, der dem Instrumentenverstärker inhärente Offset-Fehler, der bekanntlich nach einer Selbstkalibrierung auftritt.

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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.

Im Überspannungszustand wird die maximale Strommenge, die ein Gerät ziehen kann, durch den Eingangsstrom während des Überspannungszustands bestimmt.

Beispiel:

Das NI PXIe-4480 hat einen Schutz bis zu ±30 V für zwei positive AI-Pins. Wenn an mehr als zwei AI-Pins eine Überspannung von mehr als ±30 V auftritt, kann das Gerät beschädigt werden. Während das Gerät ausgeschaltet ist, besteht ein geringerer Schutz in Höhe von ±15 V.

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Phasenlinearität

Idealerweise stehen in einem linearen Phasensystem Phase und Frequenz des Signals in einem linearen Zusammenhang. Das bedeutet, dass Eingangssignale aller Frequenzen die gleiche Zeitverzögerung durch das System haben. Phasennichtlinearität ist ein Ausdruck dafür, inwieweit die Phasen-Frequenz-Funktion vom Ideal abweicht.

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Range

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-4300 hat vier Eingangsspannungsbereiche: ±1 V, ±2 V, ±5 V und ±10 V.

          Gleichtakt

Typischerweise als Kanal gegenüber Erde vorgesehen, ist dies das Maß dafür, wie weit das differentielle Signal von der Erde abweichen kann und trotzdem korrekte Messungen liefert.

          Maximale Arbeitsspannung

Die maximale Arbeitsspannung wird bestimmt, indem die Signalspannung zu ihr addiert wird.  In den meisten Fällen kann die maximale Arbeitsspannung je nach verwendetem Signalbereich variieren.

          Signal

Der Signalbereich gibt den Höchst- und Mindestwert an, der vom A/D-Wandler verarbeitet werden soll.  Diese Eigenschaft kann beim Einrichten von DAQmx-Tasks vom Benutzer ausgewählt werden.  Ein zu kleiner Bereich führt dazu, dass das Signal bei den Höchst- und Mindestwerten abgeschnitten wird, während ein zu großer Bereich zu einer schlechteren Auflösung der Messung führt.

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Empfindlichkeit

 Eine nützliche Spezifikation bei der Messung von Thermoelementen ist die Empfindlichkeit, die basierend auf dem Timing-Modus definiert, welche kleinste Temperaturänderung vom Gerät erfasst werden kann.  Diese Spezifikation wird derzeit nur beim PXIe-4353 verwendet.

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Stabilität

 Diese Spezifikation behandelt, wie sich eine Vielzahl von Spezifikationen je nach Zeit oder Temperatur ändern kann.  Infolgedessen ändert diese Spezifikation in der Regel andere Spezifikationen basierend auf einer Temperaturdifferenz oder einer Zeit seit der letzten Kalibrierung.

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Sample-Raten

Range

Sample-Rate-Bereich gibt an, welche Werte für wie oft ein A/D-Wandler Daten von analogen in digitale Werte umwandelt. Einige Geräte verfügen über nur einen A/D-Wandler, sodass die Sample-Rate von allen Kanälen gemeinsam genutzt wird, während andere Geräte einen dedizierten A/D-Wandler pro Kanal haben. Die Sample-Rate wird in Samples pro Sekunde (S/s) oder in Samples pro Sekunde pro Kanal (S/s/ch), wenn mehrere Kanäle erfasst werden.

• • • Einzelkanal-Maximum: Bei einer gemeinsamen Sample-Rate über mehrere Kanäle kann ein einzelner Kanal Daten mit einer höheren Rate erfassen, als bei der gemeinsamen Nutzung möglich ist.
      
    • Mehrkanal-Maximum: Bei einem Gerät, das die Sample-Rate über alle Kanäle hinweg gemeinsam nutzt, ist dies die maximale Rate, mit der alle Kanäle zusammen Daten erfassen können.
      
    • Minimum: die Mindestrate, mit der Daten erfasst werden können

          Auflösung

Die Sample- und die Ausgaberate für analoge Ein- und Ausgabe-Tasks sind bei Verwendung einer geräteeigenen Timing-Engine auf diskrete Werte beschränkt. Die Taktperiodendifferenz zwischen zwei benachbarten Raten wird als Timing-Auflösung bezeichnet. Der NI-DAQmx-Treiber erzwingt eine ausgewählte Frequenz bis zur nächsten verfügbaren Frequenz, wenn er nicht genau die vom Benutzer angegebene Frequenz erzeugen kann.

               Beispiel:

Das NI PXIe-4300 hat eine angegebene Timing-Auflösung von 10 ns. Das bedeutet, dass es Daten mit ganzzahligen Vielfachen von 10 ns erzeugen oder erfassen kann. Beispielsweise sind 32,000.00 Hz und 32,010.2432 Hz sind zwei benachbarte Frequenzen, da ihre Taktperioden 31.250 μs bzw. 31.240 μs betragen. Um die nächste verfügbare Frequenz zu finden, addieren oder subtrahieren Sie die Timing-Auflösung zu einer bekannten Taktperiode.

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Spektrale Rauschdichte

Während es in 2 verschiedenen Methoden gezeigt werden kann, ist diese Spezifikation die Darstellung von Rauschen über den Spektralbereich des Geräts. Sie kann entweder basierend auf der gemessenen Stromfrequenz oder basierend auf dem Strombereich des Moduls angezeigt werden.  Diese Angabe wird in der Regel in Volt pro Quadratwurzel Hertz angegeben.

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Spurious-Free Dynamic Range (SFDR)

Der Spurious-Free Dynamic Range (SFDR) ist der nutzbare dynamische Bereich, in dem das Grundsignal durch keine Störgeräusche gestört oder verzerrt wird. Sowohl analoge Eingangs- als auch analoge Ausgangsschaltungen weisen Nichtlinearitäten auf, die zu harmonischen Verzerrungen führen. Der SFDR ist im Frequenzbereich leicht zu erkennen:

Beispiel:

Das PXIe-4339 hat einen SFDR von ungefähr 100 dB. Nimmt man den untenstehenden Graph als Beispiel, so würde, wenn das Grundsignal bei 0 dB angelegt würde, das nächsthöhere technische Rauschen 100 dB niedriger auftreten – wodurch ein nutzbarer dynamischer Bereich ohne störende Interferenzen bereitgestellt würde.

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Gesamtklirrfaktor

Aufgrund der inhärenten Nichtlinearitäten von A/D-Wandler- und D/A-Wandler-Bausteinen erscheinen in den gemessenen oder erzeugten Signalen Frequenzen der Harmonischen. Das Verhältnis der Summe der Leistungen dieser Harmonischen zur Leistung der Grundfrequenz wird als harmonischer Gesamtklirrfaktor bezeichnet.

          Beispiel:

Das PXIe-4480 hat einen angegebenen THD von -100 dB, wenn fs = 51,2 kS/s. Das bedeutet, dass bei einem gegebenen Testsignal – in diesem Fall eine 10-kHz-Sinusschwingung über den gesamten Bereich – die Amplitude im Signal, die der harmonischen Verzerrung zugeschrieben wird, weniger als 0,001% beträgt. Umgekehrt können über 99,999 % der gemessenen Amplitude der Grundschwingung oder dem relevanten Signal zugeschrieben werden.

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Grenzfrequenz

Die Grenzfrequenz ist der Punkt im Frequenzbereich, an dem die Dämpfung im Signal sichtbar ist.  Dies kann sowohl als –3 dB-Punkt (bei dem das Signal bei 50% seiner ursprünglichen Leistung liegt) als auch als –0,1 dB-Punkt (der Punkt, der das Verlassen des Durchlassbereichs bedeutet) angegeben werden.

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Dynamikbereich

Der Dynamikbereich eines Geräts ist das Verhältnis der größten und kleinsten Signale, die mit einer Schaltung gemessen werden können (normalerweise in dB).  

                                  Dynamischer Bereich in dB = 20 * log10( Vmax / Vmin )

In den meisten Fällen ist der gesamte Eingangsbereich eines Geräts das größte messbare Signal und das Leerlaufkanal-Eingangsrauschen bestimmt das kleinste messbare Signal.  DSA-Geräte von National Instruments geben den dynamischen Bereich, das Leerlaufkanalrauschen und die spektrale Rauschdichte an, mit denen der dynamische Bereich berechnet werden kann.  Die einfachste Möglichkeit, den dynamischen Bereich Ihres Geräts zu messen, besteht darin, eine Rauschmessung im Leerlaufkanal durchzuführen und diese Messung in dB umzuwandeln (siehe Messung des dynamischen Bereichs meines Datenerfassungsgeräts).

Dynamischer Bereich ist eine sehr wichtige Größe bei der Auswahl eines DSA-Geräts.  DSA-Anwendungen erfordern oft Mikrofone und Beschleunigungsmesser – Sensoren mit sehr großen Dynamikbereichen.  Durch Auswahl eines geeigneten Messgeräts können Sie die Vorteile dieser Sensoren und den gesamten Messbereich nutzen.

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Kanalrauschen im Ruhezustand

Leerlaufkanalrauschen ist ein Maß für den Geräuschpegel eines Moduls.  Sie kann für Ihr Modul wie folgt berechnet werden:

1. 1. Beenden eines Eingangskanals oder Bereitstellen einer Schwingung von –60 dB
      
   2. Berechnen des Offsets aus dem Mittelwert des beendeten Kanals
      
   3. Wandelt den Offset in Veff um, um das Rauschen zu bestimmen

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Intermodulationsverzerrung

IMD ist ein weiteres Maß für Verzerrungen aufgrund von Nichtlinearität im Modul. IMD wird häufig verwendet, um die Verzerrung eines Moduls nahe der Hochfrequenzgrenze des Moduls oder des Messsystems zu messen. Wenn der Eingang des Moduls ein Mehrfrequenzsignal ist, würde die Nichtlinearität im Modul dazu führen, dass sich die Schwingungen mischen und neue Schwingungen im Spektrum erzeugen, die unerwünscht sind. Der Pegel dieser neuen Signale wird durch IMD definiert.

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Gesamtklirrfaktor + Rauschen (THD+N)

Diese Spezifikation entspricht THD, enthält jedoch Rauschen.  Sie können sich THD+N als Gesamtsignalverzerrung durch harmonische Signale und Rauschen vorstellen.
THD + N = √(∑Leistung (Harmonische) + ∑Leistung (Rauschen)) / √Leistung (Grundschwingung))

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Intermodul-A/D-Wandler-Skew

 Dies ist die Messung des maximalen Zeitunterschieds zwischen zwei identischen Signalen, die an verschiedenen A/D-Wandlern desselben Moduls gemessen wurden.  Diese Spezifikation bleibt auch für andere Module im selben Chassis gültig, wenn die Synchronisation mit Referenztakt verwendet wird, und kann für Module in anderen Chassis durch Hinzufügen der potentiellen Laufzeitunterschiede bei der PXI-Taktverteilung ermittelt werden.

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Absolute Genauigkeit der analogen Erfassung

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.

• • • Positiver Maximalwert im Nennbereich: der ideale positive Maximalwert, der in einem bestimmten Bereich gemessen werden kann
      
    • Negativer Maximalwert im Nennbereich: der ideale negative Maximalwert, der in einem bestimmten Bereich gemessen werden kann
      
    • 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
      
    • Verbleibender Offset-Fehler: der dem Instrumentenverstärker inhärente Offset-Fehler, der bekanntlich nach einer Selbstkalibrierung auftritt
      
    • Bezugs-Temperaturkoeffizient: der Temperaturkoeffizient, der angibt, wie genau eine Messung bei einer spezifischen Temperatur im Vergleich zur Temperatur bei der letzten externen Kalibrierung ist
      
    • 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
      
    • 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
      
    • Zufalls-/Systemrauschen: zusätzliches Systemrauschen, das vom analogen Front-End erzeugt wird, gemessen mittels Erdung des Eingangskanals

          Beispiel

Das NI PXIe-4300 hat einen Bereich von ±1,0 V. Die absolute Genauigkeit über den gesamten Bereich wird unter der Annahme berechnet, dass das gemessene Signal 1,0 V beträgt. Die absolute Genauigkeit über den gesamten Bereich von ±1,0 V beträgt 575 μV.
Siehe auch
Wie werden die absolute Genauigkeit und die Systemgenauigkeit berechnet?

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A/D-Wandler-Timing-Modus

          Hohe Auflösung

Bei SC-Express-Temperatureingangsmodulen verlangsamt dieser Timing-Modus die Sample-Rate des Geräts, um die Leistung durch einen Prozess namens Noise Shaping zu verbessern.  Dadurch erhöht sich die A/D-Wandler-Wandlungszeit des Geräts dramatisch.  Dieser Modus ist per Voreinstellung aktiviert.

         Hohe Geschwindigkeit

Dieser Timing-Modus, der bei SC-Express-Temperatureingangsmodulen verwendet wird, beschleunigt die Sample-Rate des Geräts auf die maximal unterstützte Sample-Rate für das Gerät, während die Leistung verringert wird.  Dadurch wird die A/D-Wandler-Wandlungszeit des Geräts drastisch reduziert.

          Umwandlungszeit für ADC

Die A/D-Wandler-Wandlungszeit gibt an, wie lange es dauert, bis der A/D-Wandler Samples aus dem Eingangsdatenstrom bereitstellt.  Dient zur Beschreibung der Timing-Modi des A/D-Wandlers.

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Brückenergänzung

Brückenergänzung bezieht sich auf Optionen zum Anschließen von Wheatstone-Brückensensoren, die üblicherweise zur Dehnungsmessung verwendet werden, an das Modul. Die per Software wählbaren Brückenergänzungsmodi sind Vollbrücke, Halbbrücke und Viertelbrücke (diese Optionen sind möglicherweise nicht für alle Geräte verfügbar).

Siehe auch

Sensoren in Brückenschaltung

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Brückenwiderstand

Dies gibt an, welche Brückenwiderstandswerte das Modul verarbeiten soll.  Bei SC-Express-Geräten sind diese Werte in der Regel: 120, 350 und 1000 Ohm.

Siehe auch

Sensoren in Brückenschaltung

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Shunt-Kalibrierung

Die Shunt-Kalibrierung wird bei Circuits durchgeführt, bei denen ein Widerstand parallel zu einem Brückenzweig angeordnet ist und den Sensor auf einen bekannten Wert bringt.  Auf diese Weise wissen Sie, was die Gesamtausgabe des Sensors ist.

Typ

Hier wird die Shunt-Kalibrierung für das ausgewählte Gerät festgelegt.

Widerstand

Gibt an, wo und mit welchem Widerstand die Shunt-Kalibrierung abgeschlossen wird.

Schaltwiderstand

Dies ist eine Messung am Schalter, die beim Aktivieren der Shunt-Kalibrierung aktiviert wird.

Stabilität

Dies ist ein Maß dafür, wie stark der Wert des Messwiderstands je nach aktueller Betriebstemperatur des Moduls variieren kann.

Tolerance

Dies ist ein Maß für die zulässige Abweichung des Widerstands des geräteeigenen Shunt-Widerstands.

Wert

Dies ist der Widerstand, der für die Shunt-Kalibrierung verwendet wird.

Standort

Dies gibt Hinweise darauf, wo sich der Shunt-Widerstand am Gerät in Bezug auf die aktive Strombrücke befindet.

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Kanal-zu-Kanal-Übereinstimmung

Kanal-zu-Kanal-Abgleich gibt an, wie stark das Signal in Verstärkung und Phase zwischen den Kanälen variieren kann, wenn dasselbe Signal an mehreren Kanälen des Geräts anliegt.

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Fehlerschutz

Dies ist die Spannung, die das Modul zwischen zwei Pins des Geräts aushält, ohne beschädigt zu werden.  Diese Spezifikation kann entweder für den Zustand "Ein" des Geräts oder "Ein oder Aus" angegeben werden.

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Filterung

Bei vielen SC-Express-Geräten wurde dem Gerät eine Filterung hinzugefügt, um ein saubereres Signal bereitzustellen.  Wenn angegeben, enthält das Dokument Informationen darüber, wo sich der Filter im Frequenzbereich befindet und wie der Filter implementiert wurde.

Tiefpass

Gibt an, wo im Frequenzbereich der Durchlassbereich endet.  Bei SC-Express-Geräten ist dies eine vom Benutzer wählbare Funktion, so dass die verschiedenen Optionen, die ausgewählt werden können, hier gegeben werden.

Grenzfrequenztoleranz

Dies ist ein Maß für die Genauigkeit des Tiefpassfilters.  Dieser Wert ist in der Regel +/- 5%.

Filtertyp

Hiermit wird festgelegt, mit welchem Filtertyp der Tiefpassfilter erstellt wird.  Der implementierte Filter ist entweder ein Butterworth- oder ein elliptischer Filter.

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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-4300 hat einen Eingangsruhestrom von ±6 nA. Das bedeutet, dass jeder vom NI PXIe-4300 gemessene Sensor, um korrekt digitalisiert werden zu können, in der Lage sein muss, über seinen gesamten Spannungsausgangsbereich mindestens diesen Strom zu liefern.

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Timing-Genauigkeit

Wenn auf einem NI-Messgerät ein Taktsignal für Timing-Signale erzeugt wird, liegt die tatsächlich erzeugte Frequenz innerhalb der Timing-Genauigkeit. Diese Spezifikation ist von der Gesamtgenauigkeit des geräteeigenen Quarzoszillators abgeleitet. Die Timing-Genauigkeit wird üblicherweise in Teilen pro Million (ppm) gemessen. Um diesen Genauigkeitswert in Hz umzurechnen, multipliziert man ihn mit dem durch 1 Million geteilten Genauigkeitswert. Es ist nicht wahrscheinlich, dass sich die Frequenz des Takts von Zyklus zu Zyklus drastisch ändert.

       Beispiel

Das PXIe-4300 hat eine Timing-Genauigkeit von 50 ppm. Bei einem Task zur Ausgabe von Analogsignalen mit einer Ausgaberate von 1.000 S/s läuft der Sample-Takt mit 1.000 Hz ±50 ppm. In Hz ergibt dies:

   

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Hacken

Chopping ist eine Funktion, mit der Offset-Spannungen im Signalweg entfernt und Rauschen reduziert werden können. Die verbesserte Messleistung wird erreicht, indem das Signal zweimal gemessen wird, einmal normal (V0) und einmal mit invertierten Eingängen (V1). Diese Messwerte werden anschließend vom Gerät gemittelt. In der folgenden Abbildung sehen Sie ein Hardwarediagramm.

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Verbindungsmodus

          CJC-Genauigkeit

Das Thermoelement selbst beruht auf dem Prinzip, dass an der Kontaktstelle zweier unterschiedlicher Metalle ein elektrisches Potential anliegt. CJC wird notwendig, da die Verbindung zwischen jedem Ende des Thermoelements und Ihrem Messsystem (Anschlussblock, Anschlussblock) auch eine Potentialdifferenz zur Thermoelementspannung hinzufügt. Dies wird durch die Verwendung eines integrierten CJC-Sensors zur Temperaturmessung zwischen Thermoelement und Messsystem ausgeglichen. Die Genauigkeit des CJC-Sensors ist nur die Genauigkeit des CJC-Sensors.

 

DNL

 Auflösung des Analogwandlers (DAC) zur Berechnung der Schrittweite) und des tatsächlich ausgegebenen Werts (in der Regel in LSB gemessen). Die ideale DNL eines D/A-Wandlers würde 0 LSB betragen.

Beispiel

Das NI PXIe-4322 hat eine DNL von ±1 LSB. Dies bedeutet für jeden vom D/A-Wandler ausgegebenen Wert, dass der tatsächliche Wert um ±1 LSB vom programmierten Wert abweichen 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:

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INL

Die INL ist die Gesamtwirkung der DNL. Daher wird die INL-Spezifikation häufig bei Genauigkeitsberechnungen verwendet. Beim NI PXIe-4322 beträgt die INL-Spezifikation in der Genauigkeitstabelle 64 ppm bzw. 4 LSB des angewandten Bereichs.

 

Einschwingzeit

Gibt an, wie lange es dauert, bis das Ausgangssignal innerhalb des angegebenen Werts bleibt, der durch Least Significant Bits (LSBs) festgelegt wird. Diese Zeitspanne ändert sich mit zunehmender Last, da die dargestellte Zeit in direktem Zusammenhang mit der Zeitkonstante für die Schaltung steht.

 

• Spezifikationen im Detail: NI Multifunktions-I/O (MIO) DAQ
• Spezifikationen im Detail: cDAQ- und cRIO-Chassis und -Controller
• Spezifikationen im Detail: NI-Oszilloskope und -Digitizer
• Spezifikationen im Detail: NI Multifunktions-I/O (R-Serie)
• Spezifikationen im Detail: Module der C-Serie