仕様の説明:NI DSAおよびSC Express DAQ
概要
NIダイナミック信号収集 (DSA) およびNI SC Expressデータ収集 (DAQ) の各デバイスやモジュールの仕様書には、アプリケーションに最適なDAQデバイスまたはモジュールを決定または選択するために必要な技術詳細が記載されており、システム開発時にデバイスまたはモジュールのパフォーマンスを検証するためのリファレンスとなります。このドキュメントでは、各仕様の重要性と関連性をわかりやすくするため、使用する用語の定義を用語集形式で示します。
内容
概要
このガイドは、ほとんどのNI仕様書と同じセクションに分かれています。以下の用語と定義はアルファベット順に記載されており、仕様書では異なる順序で記載されている場合があります。このガイドは、44xx (DSA) および43xx (SC Express) DAQデバイスおよびモジュールにのみ適用されます。それ以外のNI製品ファミリ (マルチファンクションI/O (MIO) DAQ、cDAQおよびcRIOシャーシおよびコントローラ、91xx、92xx、94xx Cシリーズモジュール、マルチファンクションRIO 78xx Rシリーズ、デジタルマルチメータ、スコープ/デジタイザ、およびその他の計測器) では、仕様を取得する際に異なる用語や方法を使用している場合があります。したがって、DSAおよびSC Express DAQファミリ以外のデバイスおよびモジュールでは、このガイドをリファレンスとして使用しないでください。
仕様の用語について
さまざまな仕様間でカテゴリの違いがあることに注意してください。NIでは、テストおよび測定用計測器の機能および性能を「仕様」、「標準仕様」、および「特性」または「補足仕様」として定義しています。どの仕様が保証仕様または標準仕様であるかの詳細については、お使いのデバイスの仕様書を参照してください。
- 「仕様」は推奨キャリブレーション間隔内において、記載された動作条件下で保証される計測器の性能を示します。
- 「標準仕様」は推奨キャリブレーション間隔内において、記載された動作条件下で大多数の計測器が満たす仕様を示します。標準仕様は保証されている値ではありません。
- 「特性」または「補足仕様」は、設計または開発中に特定された計測器の基本的機能および属性を示し、検証または調整中に評価されたものではありません。これには、前述の定義に含まれていない、計測器の標準的な使用に関する情報が記載されています。
アナログ入力仕様
NI DSAおよびSC Expressデバイスおよびモジュールには、通常アナログ入力またはアナログ出力システムのみが搭載されています。 DSAまたはSC Expressごとに固有の仕様もありますが、両方に適用される仕様もあります。このセクションは、一般的な仕様、DSAアナログ入力固有、およびSC Expressアナログ入力固有を対象とする3つのセクションで構成されています。
一般的なアナログ入力仕様
A/D変換器 (ADC) タイプ
逐次近似レジスタ (SAR)
バイナリ検索を使用して作成された電圧を指定された信号電圧と一致させ、アナログ信号を離散デジタル表現に変換するADC。
デルタシグマ
1ビットADCと、入力信号をオーバーサンプリングしてノイズ整形を行い、高分解能デジタル出力を実現するフィルタ回路で構成されるADCアーキテクチャ。
オーバーサンプリングレート
この用語は、デルタシグマADCを搭載したモジュールにのみ適用されます。デルタシグマADCは、たとえば128倍など、特定の信号のナイキストレートに対し十分な倍数のサンプリングレートを使用します。たとえば、25 kHzの信号をサンプリングするには、ナイキストレート（50 KHz）より高いサンプリングレートなら十分です。ただし、128倍のオーバーサンプリングレートを使用するデルタシグマADCは、6 MHzで信号をサンプリングします。この方法は、アンチエイリアス性や分解能の向上など、いくつかのメリットがあります。
オーバーサンプリングされたデータは、出力として使用可能になる前にADC内のデジタルフィルタによって処理されます。オーバーサンプリングされたデータがデジタルフィルタによって処理されるのにゼロ以外の時間がかかるため、出力データレートは常にオーバーサンプリングレートよりも低くなります。出力データレートは、オーバーサンプリングレートをADCデシメーション比で除算した値と等しくなります。
ADC分解能
分解能は、デバイスまたはセンサが検出できる入力信号の変化の最小単位です。アナログ信号を表すのに使用されるビット数によってADCの分解能が決定します。
例:
NI PXIe-4300は16ビットデバイスです。つまり、±5 Vレンジで検出できる最小の振幅変化は0.152 mVです。±0.1 Vレンジでは、この値は3.05 µVです。
タイムベース
周波数
この仕様には、タイムベース周波数として使用可能な周波数が記載されています。
確度
通常ppmで指定され、記載された周波数から実際のタイムベース周波数までの距離を指定します。この仕様は、デバイスのキャリブレーション間隔の仕様に依存します。
ソース
これは、外部タイムベースとして使用可能な外部経路を示します。
基準クロック
周波数をロックする
通常、表に示されているように、これは基準クロック同期の有効なロック周波数が満たされた場合の基準信号に基づいて表示されます。
ソース
これにより、デバイスで有効な基準クロックソースが表示されます。 これは通常、オンボードクロックとシャーシバックプレーンクロックで構成されます。
フィルタ群遅延 (ADCフィルタ遅延)
アナログ遅延
このフィルタ遅延は、信号がデバイスのアナログフィルタを通過した結果です。この値は、デバイスで使用されているレンジ/ゲインによって異なります。
デジタルフィルタ遅延
非補正群遅延
このフィルタ遅延は、アナログフィルタ遅延、バッファモードデジタルフィルタ、またはハードウェアタイミングシングルポイントモードフィルタの結果です。この遅延は同期時に補正されず、データの位相シフトが発生しないように考慮する必要があります。
補正群遅延
このフィルタ遅延は、アンチエイリアスフィルタがバッファモードで動作した結果です。他のハードウェアと同期すると、この遅延は自動的に補正されます。
ベースフィルタ群遅延
この遅延は、信号がデバイスのデジタルアンチエイリアスフィルタを通過した結果です。 これは補正群遅延仕様の一部であり、モジュールに提供された入力周波数によって決定されます。
可変フィルタ群遅延
この遅延は、信号がデバイスのデジタルアンチエイリアスフィルタを通過した結果です。 これは補正群遅延仕様の一部であり、モジュールで現在使用されているサンプリングレートによって決定されます。
帯域幅/エイリアス除去
パスバンド/エイリアスフリー帯域幅
パスバンド/エイリアスフリー帯域幅は、DCからアンチエイリアスフィルタが-0.1 dBに達するまでの周波数範囲として定義されます。 このレンジは、適切な測定を行うために測定する信号が存在するべき場所です。
例:
PXIe-4464は、エイリアスフリー帯域幅（BW）（パスバンド）を「DC～0.454 * fs」と表示します。これは、DC～0.45で、サンプル周波数の4倍が現在の測定のパスバンドになることを意味します。
ストップバンド/エイリアス除去
ストップバンド/エイリアス除去は、減衰または除去仕様と周波数仕様の2つの部分によって定義されます。減衰/除去は信号に適用される最小減衰量を定義しますが、周波数はその減衰の開始点を決定します。
例:
PXIe-4330の仕様は、次のとおりです。
PXIe-4330では、サンプリング周波数の0.55倍の周波数で検出された信号は、元の信号から100 dB減衰します。
エイリアスホールの最小周波数
デバイスのデルタシグマADCには、オーバーサンプリングアーキテクチャ、およびサンプリングレートとともに変動するカットオフ周波数を持つ急峻なデジタルフィルタが装備されています。 ADC内部のデジタルフィルタの設計により、理論上はエイリアスが発生する可能性がある小さな穴が、より高い周波数で発生します。
エイリアスホールでの除去
ADCが残したエイリアスホールに対処するため、アナログパス上の高周波成分にアナログ固定周波数フィルタを適用します。 高周波成分の除去を指定します。
Common Mode Rejection Ratio (CMRR) (コモンモード除去比 (CMRR))
アンプの正と負の入力で同じ信号が観測される場合、CMRRは、この信号のうちどの程度が最終出力から拒否されるかを指定します（通常はdBで測定）。理想的なアンプではコモンモード信号の100%が除去されますが、これは実装では達成できません。
例:
NI PXIe-4300のCMRRは5 Vレンジで100 dBです。つまり、コモンモード電圧が100,000倍まで減衰します。測定される信号が5 Vpkの正弦波で、正と負の入力間のオフセットまたは共通電圧が5 VDCである場合、最終出力では5 VDC入力が5 µVまで拒否または減衰されます。CMRRは確度の導出の際は含まれません。測定される信号にコモンモード電圧が含まれている場合は、別途考慮してください。
クロストーク
あるチャンネルの信号が隣接するチャンネルにどの程度結合される、つまり影響を与える可能性があるかを示す測定量を指します。クロストークは、あるワイヤまたはPCBトレースに振幅が変化する信号が存在し、そのワイヤまたはPCBトレースが物理的に近い別のワイヤまたはPCBトレースに存在する場合に、常に存在します。
例:
NI PXIe-4464のクロストークの仕様は、隣接チャンネルで-95 dB、非隣接チャンネルで-125 dBです。つまり、チャンネルai2のクロストーク仕様は、チャンネルai1とai3の間で-95 dBとなり、他のすべてのaiチャンネルについては-125 dBとなります。
カプリング
NI 4461およびNI 4464などの一部のモジュールは、DCカプリングモードとACカプリングモードの両方をサポートしています。DCカプリングモードが選択されている場合、ソース信号のDCオフセットはすべてADCに渡されます。ACカプリングモードが選択されている場合、信号パスの入力でハイパスフィルタが有効になり、信号のほとんどのDC成分が除去されます。
関連項目:ACカプリングとDCカプリングについての基本情報。
励起特性
励起タイプ
モジュールに励起を要求する際に提供される出力のタイプを指定します。SC Expressでは、これは通常「定差動電圧 (平衡)」と表示されます。
ノイズ
励起ラインで検出されたノイズ、およびノイズが測定された帯域幅を提供します。通常、uVrmsで表します。
値/電圧のプログラム可能性
モジュールの内部励起によって供給される電圧値を指定します。
最大故障電流
外部回路で障害が発生した場合にモジュールが供給できる最大電流。
最小電流/最大電流/電流駆動
モジュールが励起によって供給できる最小最大電流です。
LVDTモジュール特有
電圧のプログラム可能性
モジュールの内部励起によって供給される電圧値を指定します。
周波数のプログラム可能性
指定された励起に対してデバイスが選択できる周波数値を指定します。
電流駆動
モジュールが励起によって供給できる最小最大電流です。
ゲイン確度
モジュールから供給される励起電圧のゲインの確度です。
調整範囲
励起出力の範囲は、対応する調整分解能ステップサイズと互換性のある範囲内の値を選択できます。
負荷変動
電源の負荷が変化しても、電源の出力チャンネルで一定の電圧（または電流）レベルを維持する能力。
電流制限検出
現在の励起電流と指定された制限電流の比較に基づいて変化する励起のソフトウェア読み取り可能なプロパティです。
IEPE
IEPE断線検出
回路が現在開いているかどうかをユーザに通知する、モジュールのソフトウェア読み取り可能なプロパティです。
IEPE短絡検出
モジュールのソフトウェアで読み取り可能なプロパティで、回路に現在短絡があるかどうかをユーザに通知します。
コンプライアンス電圧
値または最小値として指定され、コンプライアンス電圧はVcommon-mode + Vbias + Vfull-scaleの合計となる最小値です。ここで
Vcommon-modeは入力チャンネルで認識されるコモンモード電圧、VbiasはセンサのDCバイアス電圧、Vfull-scaleはセンサのACフルスケール電圧です。
バランスソース
平衡型ソースは、3つの伝導体を使用して信号を伝送します。2本の導線は正と負の信号（AC信号）を伝送し、3本目は接地に使用されます。 高ゲインと絶縁グランドにより、平衡ソース使用時のノイズのないクリーンな信号が得られます。
不平衡信号源
不平衡なソースで、2つの伝導体しかありません。1つは正極、 は負極を伝送し、グランドにも使用されます。 低ノイズ環境で使用される短いケーブルに適しています。
FIFOバッファサイズ
NI DAQデバイスは、アナログ入力またはアナログ出力のタスクを実行するときに、データをオンボードFIFOに保存できます。
- 入力タスクの場合、このFIFOを使用してデータをバッファリングした後、NI-DAQmxドライバソフトウェアがそのデータをPCバッファと呼ばれるRAM内の事前に割り当てられた場所に転送します。
- 出力タスクの場合、ユーザが生成を要求したデータを、FIFOとPCバッファの組み合わせでバッファリングできます。
- 入力タスクの場合、このFIFOを使用してデータをバッファリングした後、NI-DAQmxドライバソフトウェアがそのデータをPCバッファと呼ばれるRAM内の事前に割り当てられた場所に転送します。
入力チャンネルと出力チャンネルを持つデバイスには、サブシステムごとに専用のFIFOがあります。ただし、FIFOはそのFIFO内のすべてのチャンネルで共有されます。アナログ入力の場合、NI-DAQmxが実装しているデータ転送メカニズムにより、FIFOに格納されたデータはオンボードFIFOがオーバーランしない速度でPCバッファに転送されます。アナログ出力の場合、NI-DAQmxが実装しているデータ転送メカニズムにより、PCバッファ内のデータはFIFOがアンダーランしない速度でオンボードFIFOに転送されます。アナログ出力の場合、ユーザが選択可能なプロパティがあり、PCバッファを使用するかどうかを指定でき、オンボードFIFOのみから単一の波形を再生成できます。
フラットネス
パスバンド内の信号には、周波数によって異なるゲインや減衰があります。基準周波数に対するゲインの微細な変化はパスバンドフラットネスと呼ばれます。
周波数応答 (振幅および位相)
周波数スイープがモジュールのアナログ入力で実行されると、測定信号の振幅と位相はモジュールのフィルタ特性に基づいて変化します。 このデータは通常、チャートまたは周波数値の表で表されます。
ゲイン振幅/確度
計装用アンプに固有のゲイン誤差。セルフキャリブレーション後に存在することが知られています。
入力インピーダンス
入力インピーダンスは、入力回路がアナログ入力グランドへの電流の流れをどれだけ妨げるかを示す尺度です。理想的なADCの場合、この値は無限でなければなりません（つまり、入力からグランドに電流が流れない）。しかし、実際にはこれは不可能です。入力インピーダンスが有限であることから、回路（特に出力インピーダンスが高い回路）に対して、ADCからある程度の負荷がかかります。センサの出力インピーダンスは低いのが一般的です。
例:
NI PXIe-4309の入力インピーダンスはZin > 10 GΩです。最も低い入力インピーダンスにおける最悪のシナリオでは、出力インピーダンスZout = 150Ωのセンサを想定した場合、回路の一方がグランドとなっている測定を次の簡略化された回路と見なすことができます。
センサ出力とDAQデバイス入力を直列接続することで、電圧が2つのインピーダンス値の間で分配され、電圧のほとんどが大きい方のインピーダンスにかかります。たとえば、このセンサの感度が20℃/Vで、100℃（5 Vを出力）を測定しようとする場合、DAQデバイスで測定される電圧は、出力電圧に(入力インピーダンス)/(DAQ入力インピーダンスとセンサ出力インピーダンスの和)を掛けたものになります。
この75 nVの測定差はインピーダンスに起因する1.5℃の測定誤差に相当しますが、ほぼ無視できます。
入力インピーダンスの仕様が重要になる例を説明するため、センサが5 GΩなどの非常に高い出力インピーダンスを持っている場合を考えます。こうした非常に高い出力インピーダンスを持つセンサにDAQデバイスを接続すると、センサからの5 Vの公称出力が3.333 Vとして読み取られ、33.34℃の仮定の測定誤差が生じます。
入力ノイズ
アナログフロントエンドによって別に生成されるシステムノイズ。入力チャンネルを接地して測定します。
絶縁
絶縁とは、デバイスの2つの部分を物理的および電気的に切り離すことを指します。絶縁は、コンピュータ回路やそれを操作するオペレータを保護するだけでなく、グランドループを取り除き、コモンモード電圧およびノイズの除去を向上させます。
チャンネル間
各チャンネルは、その他のすべてのチャンネルおよび非絶縁コンポーネントから絶縁されています。 以下の図は、チャンネル間の絶縁を示します。Va、b、Vc、d、Ve、f、およびVg、hはすべて別々のバス上にあり、互いに絶縁されています。
チャンネル・グランド間
デバイスのチャンネルとデバイスのアースは電気的に絶縁されています。 チャンネル/アース間絶縁は、以下の図に示されています。絶縁フロントエンド (Va-c) の電圧は同じバス上にあり、これらの電圧は互いに絶縁されていません。Ve,dは別のバス上にあり、フロントエンドから絶縁されています。
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チャンネル間マッチング
チャンネル間のゲインミスマッチ
チャンネル間のゲイン不一致は、基準チャンネルを基準とする任意のチャンネルのゲイン差を定義します。入力周波数の関数として指定されます。
チャンネル間の位相ミスマッチ
チャンネル間の位相不一致は、基準チャンネルを基準とする任意のチャンネルの位相差を定義します。測定レンジおよび測定の入力信号周波数に基づいて指定されます。
例
10 VレンジのNI 4302は、チャンネル間のゲイン不一致 (フィン * 0.035°/kHz最大) を指定します。たとえば、入力信号周波数が2 kHzの場合、モジュールの他のチャンネルに対する1つのチャンネルの最大位相差は0.07°です。
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オフセット (残留DC)
計装用アンプに固有のオフセット誤差。セルフキャリブレーション後に存在することが知られています。
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過電圧保護
アナログ入力回路には保護ダイオードが組み込まれており、PGIAやADCなどのデバイスで最も重要なコンポーネントが損傷しないように、大きな電圧が遮断されます。
- デバイスの電源がオンのときは、これらのダイオードの電圧はある程度まで正と負の方向にバイアスします。そのため、バイアス電圧と逆電圧の合計よりも大きい電圧が存在しない限り、これらのダイオードが過負荷になって破損することはありません。
- デバイスの電源がオフのときは、バイアス電圧がなくなるため、ダイオードの反転に必要な電圧が低くなり、デバイスが破損しやすくなります。
過電圧状態では、デバイスがシンクできる最大電流量は過電圧状態での入力電流によって指定されます。
例:
NI PXIe-4480は、2つのAI正極ピンに対して最大±30 Vまで保護されます。3つ以上のAIピンで±30 Vを超える過電圧が生じた場合、デバイスが破損する恐れがあります。デバイスがオフの間、保護レベルは±15 Vまで低下します。
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位相線形性
理想的な線形位相システムでは、信号の位相と周波数は線形関係にあります。つまり、すべての周波数の入力信号には、システム全体で同じ遅延時間があります。位相非線形性とは、位相周波数関数が理想値から逸脱する範囲の表現です。
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レンジ
アナログ入力の場合、保証された確度で測定できる正と負の最大値です。アナログ出力の場合、生成可能な正または負の最大値です。デバイスによっては、低レベルの信号でより高い解像度が得られるように、複数の入力レンジまたは出力レンジを使用できるものがあります。
例:
NI PXIe-4300には、±1 V、±2 V、±5 V、±10 Vの4つの入力電圧レンジがあります。
コモンモード
通常、チャンネル/アース間として提供され、差動信号がアースからどれだけ離れていても、正確な測定値が得られるかを示します。
Maximum Working Voltage (最大動作電圧)
最大動作電圧は、信号電圧にコモン電圧を加算して決定されます。 ほとんどの場合、最大動作電圧は、現在使用されている信号レンジによって異なります。
信号
信号範囲は、ADCで処理するように構成された最大値と最小値を指定します。 これは、DAQmxタスクを設定する際にユーザが選択できるプロパティです。 範囲が小さすぎると最大値と最小値で信号がクリッピングし、範囲が大きすぎると測定の分解能が低下します。
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感度
熱電対を測定する際に役立つ仕様で、感度はタイミングモードに基づいて、デバイスで記録可能な最小の温度変化を定義します。 この仕様は、現在PXIe-4353でのみ使用されています。
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安定性
この仕様では、時間または温度に基づいてさまざまな仕様がどのように変化するかを説明します。 その結果、この仕様は通常、温度差または前回のキャリブレーションからの経過時間に基づいて他の仕様を変更します。
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サンプリングレート
レンジ
サンプリングレート範囲は、ADCがデータをアナログ値からデジタル値に変換する頻度に対して使用可能な値を指定します。ADCが1つしかなく、サンプルレートがチャンネル間で共有されるデバイスもあれば、チャンネルごとに専用のADCを持つデバイスもあります。サンプルレートは1秒あたりのサンプル数（サンプル/秒）で測定され、複数チャンネルから集録する場合はチャンネルごとの1秒あたりのサンプル数（サンプル/秒/チャンネル）で測定されます。
- 単一チャンネルの最大値—チャンネル間で共有されるサンプルレートの場合、1つのチャンネルにおいて、共有時に許容されるよりも高いレートでデータを集録できます。
- マルチチャンネルの最大値—チャンネル間でサンプルレートを共有するデバイスの場合、すべての結合されたチャンネルにおいてデータを集録できる最大レートです。
- 最小値—データを集録できる最小レートです。
- 単一チャンネルの最大値—チャンネル間で共有されるサンプルレートの場合、1つのチャンネルにおいて、共有時に許容されるよりも高いレートでデータを集録できます。
分解能
オンボードのタイミングエンジンを使用する場合、アナログ入力および出力タスクのサンプルおよびアップデートレートは離散値に制限されます。2つの隣接するレート間のクロック周期の違いを、タイミング分解能と呼びます。NI-DAQmxでは、ユーザが指定した正確な周波数を生成できない場合、選択した周波数は強制的に、次に使用可能な最大の周波数になります。
例:
NI PXIe-4300の指定のタイミング分解能は10ナノ秒です。つまり、データを10ナノ秒の整数倍で生成または集録できます。たとえば、32,000.00 Hzと32,010.2432... Hzは2つの隣接する周波数です。これは、クロック周期がそれぞれ31.250マイクロ秒、31.240マイクロ秒となるためです。次に使用可能な周波数を見つけるには、既知のクロック周期にタイミング分解能を加算または減算します。
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スペクトルノイズ密度
2つの方法で表示できますが、この仕様はデバイスのスペクトル範囲におけるノイズの表現です。現在の測定周波数またはモジュールの電流レンジに基づいて表示されます。 この仕様は通常、ボルト/平方根Hzで示されます。
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Spurious Free Dynamic Range（SFDR）（スプリアスフリーダイナミックレンジ（SFDR））
スプリアスフリーダイナミックレンジとは、スプリアスノイズによって基本信号が干渉を受けたり歪んだりする前の使用可能なダイナミックレンジのことです。アナログ入力回路とアナログ出力回路のどちらも非線形性があり、その結果として高調波歪みが発生します。SFDRは次のように周波数領域で簡単に観測できます。
例:
PXIe-4339のSFDRは約100 dBです。前のグラフを例にとると、基本信号が0 dBで適用された場合、次に高いスプリアスは100 dB低い位置で発生し、スプリアス干渉のない使用可能なダイナミックレンジとなります。
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全高調波歪み
ADCおよびDACの部品には固有の非線形性があるため、測定または生成される信号には高調波周波数が現れます。これらの高調波の電力の総和と基本波の電力との比率のことを、全高調波歪みと呼びます。
例:
PXIe-4480のTHDは、fs = 51.2 kS/sの場合、-100 dBです。つまり、特定のテスト信号（この場合はフルスケールで10 kHzの正弦波）の場合、高調波歪みに起因する信号の振幅は0.001%未満になります。逆に、測定される振幅の99.999%以上は、対象の基本トーンや信号に起因する可能性があります。
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DSAアナログ入力仕様
カットオフ周波数
カットオフ周波数は、信号で減衰が発生する周波数領域のポイントです。 これは、-3 dBポイント（信号が元の電力の50%にある場合）または-0.1 dBポイント（パスバンドから離れることを示すポイント）の両方で使用できます。
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ダイナミックレンジ
デバイスのダイナミックレンジとは、回路で測定可能な最大信号と最小信号の比率で、通常dB単位で表されます。
ダイナミックレンジ (dB = 20 * log10( Vmax / Vmin ))
ほとんどの場合、デバイスのフルスケール入力は測定可能な最大信号で、アイドルチャンネル入力ノイズは測定可能な最小信号を決定します。 ナショナルインスツルメンツのDSAデバイスは、ダイナミックレンジ、待機チャンネルノイズ、スペクトルノイズ密度を指定します。これらはすべてダイナミックレンジの計算に使用できます。 デバイスのダイナミックレンジを測定する最も簡単な方法は、「データ収集デバイスのダイナミックレンジを測定する」で説明されているように、待機状態のチャンネルノイズを測定し、その測定値をdBフルスケールに変換することです。
ダイナミックレンジは、DSAデバイスを選択する際に考慮すべき非常に重要な量です。 DSAアプリケーションでは、ダイナミックレンジが非常に大きいマイクロホンや加速度計などのセンサを使用することがよくあります。 適切な測定デバイスを選択することで、これらのセンサとそのレンジを最大限に活用することができます。
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使用していないチャンネルのノイズ
待機チャンネルノイズは、モジュールのノイズフロアの測定値です。 これは、以下の手順で計算できます。
- 入力チャンネルを終端するか、–60 dBトーンを提供
- 終端チャンネルの平均値からオフセットを計算
- オフセットをVrmsに変換してノイズを求める
- 入力チャンネルを終端するか、–60 dBトーンを提供
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相互変調歪み
IMDは、モジュールの非線形性による歪みのもう1つの尺度です。IMDは、モジュールまたは測定システムの高周波上限近辺に発生するモジュールの歪みを測定するのによく使用されます。モジュールへの入力がマルチトーン信号の場合、モジュールに存在する非線形性により、トーンが混合され、スペクトルに新規トーンが生成されます。これらの新規信号のレベルはIMDによって定義されます。
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全高調波歪み + ノイズ (THD + N)
この仕様はTHDと同じですが、ノイズが含まれています。 THD+Nは、高調波信号とノイズによる信号歪みの合計と考えることができます。
THD + N = √(∑電力 (高調波) + ∑電力 (ノイズ) / √電力 (基本))
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モジュール間ADCスキュー
これは、同じモジュールの異なるADCで測定された2つの同一信号間の最大時間差の測定です。 この仕様は、基準クロック同期を使用している場合、同じシャーシ内の他のモジュールでも有効です。また、PXIクロック分配電位スキューを追加することで、他のシャーシ内のモジュールでも確認できます。
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SC Express
AI絶対確度
確度とは、測定値の正しい値にどれだけ近いかを指します。フルスケールでの絶対確度とは、測定対象の値が指定した範囲でサポートされる最大電圧であると仮定して計算される理論上の確度のことです。測定の確度は測定の変化に応じて変わるため、デバイス間の比較が行えるように、フルスケールの確度が使用されます。フルスケールでの絶対確度では、動作温度を25℃とするなど、実際には異なる可能性がある環境変数に関して仮定を行うことに注意してください。
- 公称レンジの正のフルスケール—特定の範囲で測定できる理想的な最大の正の値。
- 公称レンジの負のフルスケール—特定の範囲で測定できる理想的な最大の負の値。
- 残差ゲイン誤差—計装用アンプに固有のゲイン誤差。セルフキャリブレーション後に存在することが知られています。
- ゲイン温度係数—温度が最後のセルフキャリブレーション時の温度と比較してアンプのゲインにどのように影響するかを表す温度係数。
- 残差オフセット誤差—計装用アンプに固有のオフセット誤差。セルフキャリブレーション後に存在することが知られています。
- 基準温度係数—特定の温度での測定が、最後の外部キャリブレーション時の温度と比較してどの程度正確かを表す温度係数。
- INL誤差（相対確度分解能）—ADCの電圧出力から理想的な出力までの最大偏差。最悪の場合のDNLと考えることができます。関連トピック:DNL
- オフセット温度係数—温度が最後のセルフキャリブレーション時の温度と比較してADC変換のオフセットにどのように影響するかを表す温度係数。
- ランダム/システムノイズ—アナログフロントエンドによって別に生成されるシステムノイズ。入力チャンネルを接地して測定します。
- 公称レンジの正のフルスケール—特定の範囲で測定できる理想的な最大の正の値。
サンプル
NI PXIe-4300のレンジは±1.0 Vです。フルスケールでの絶対確度は、測定対象の信号が1.0 Vであると仮定して計算されます。±1.0 Vレンジのフルスケールでの絶対確度は575 µVです。
関連トピック
絶対確度またはシステム確度を計算する
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ADCタイミングモード
高分解能
SC Express温度入力モジュールに搭載されているこのタイミングモードは、ノイズシェーピングと呼ばれるプロセスにより、デバイスのサンプリングレートを遅くしてパフォーマンスを向上させます。 このプロセスにより、デバイスのADC変換時間が大幅に増加します。 このモードはデフォルトで有効になっています。
高速
SC Express温度入力モジュールに搭載されているこのタイミングモードは、パフォーマンスを犠牲にしながら、デバイスのサンプリングレートをデバイスでサポートされている最大サンプリングレートに高速化します。 このプロセスにより、デバイスのADC変換時間が大幅に短縮されます。
ADC変換時間
ADC変換時間は、ADCが入力データストリームからサンプルを提供するのにかかる時間です。 ADCタイミングモードで仕様の説明として使用されます。
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ブリッジ構成
ブリッジ構成とは、通常歪みの測定に使用されるホイートストーンブリッジセンサをモジュールに接続する場合にユーザに提供されるオプションです。ソフトウェアで選択可能なブリッジ構成モードは、フルブリッジ、ハーフブリッジ、クォータブリッジです（これらのオプションは、一部のデバイスでは使用できません）。
関連トピック
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ブリッジ抵抗
これは、モジュールが処理するように設計されたブリッジ抵抗値を指定します。 SC Expressデバイスでは、通常、これらの値は次のようになります。120、350、および1000Ω。
関連トピック
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シャントキャリブレーション
シャント キャリブレーションは、Bridge Based Circuits に対して行われるキャリブレーションの方法です。ブリッジの脚の 1 つに並列に抵抗が配置され、センサが既知の値に駆動されます。 これにより、トランスデューサのフルスケール出力を把握することができます。
タイプ
選択されたデバイスでシャントキャリブレーションを実行する方法を指定します。
抵抗
シャントキャリブレーションの完了に使用する抵抗と場所を指定します。
スイッチ抵抗
これは、シャントキャリブレーションを有効にするとアクティブになるスイッチ間の測定です。
安定性
これは、モジュールの現在の動作温度によってシャント抵抗値がどの程度変化するかを示す尺度です。
許容範囲
これは、オンボードシャント抵抗の抵抗で許容できる変動量を測定するものです。
Value
シャントキャリブレーションに使用する抵抗です。
場所
これにより、現在のアクティブブリッジに対するシャント抵抗がデバイス上のどこにあるかがわかります。
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チャンネル間マッチング
チャンネル間マッチングとは、同じ信号がデバイスの複数のチャンネルに提供されている場合に、その信号がチャンネル間のゲインと位相でどの程度変化するかを認識することです。
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故障保護
これは、モジュールが破損せずにデバイスの2つのピン間で耐えられる電圧量です。 この仕様は、デバイスの「On」状態または「On or Off」状態のいずれかに対して指定できます。
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フィルタ処理
多くのSC Expressデバイスでは、よりクリーンな信号を提供するために、フィルタ処理がデバイスに追加されています。 指定された場合、ドキュメントは周波数領域内のフィルタの位置、およびフィルタの実装方法に関する情報を提供します。
ローパス
パスバンドが周波数領域で終了する場所を指定します。 SC Expressデバイスでは、これはユーザが選択できる機能であるため、選択可能なさまざまなオプションがここに示されます。
カットオフ周波数許容誤差
これは、ローパスフィルタに選択された値の確度を示します。 この値は通常、±5%です。
フィルタタイプ
ローパスフィルタの作成に使用するフィルタタイプを指定します。 実装されるフィルタは通常、バタワースフィルタまたは楕円フィルタのいずれかです。
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Input Bias Current（入力バイアス電流）
入力インピーダンスが有限であることの結果として、デバイスで信号を検出するためには少量の電流が必要になります。理論上はこの値は0 Aでなければなりませんが、実際にはこれは不可能です。
サンプル
NI PXIe-4300の入力バイアス電流は±6 nAです。つまり、NI PXIe-4300で測定対象となるセンサはすべて、正しくデジタル化できるように、電圧出力レンジ全体にわたって少なくともこの電流を供給する必要があります。
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Timing Accuracy（タイミング確度）
NI DAQデバイスでタイミング信号用のクロック信号を生成する場合、生成される実際の周波数はタイミング確度の範囲内になります。この仕様は、オンボードの水晶発振器の全体的な確度に基づいています。通常、タイミング確度は100万分の1（ppm）で測定されます。この確度値をHzに変換するには、確度値を掛けて100万で割ります。 クロックの周波数は、サイクルごとに大幅に変化することはほとんどありません。
サンプル
PXIe-4300のタイミング確度は50 ppmです。アップデートレートが1,000サンプル/秒のアナログ出力タスクの場合、サンプルクロックは1,000 Hz±50 ppmで動作します。ヘルツで表すと次のようになります。
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チョッパー
チョッパーは、信号パスのオフセット電圧を除去し、ノイズを低減するために使用できる機能です。測定性能の向上は、信号を2回（1回は通常（V0）および1回入力を反転（V1））して測定することで実現されます。その後、これらの測定値はデバイスによって平均化され、サンプルを作成します。以下の画像にハードウェア図を示します。
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ワイヤモード
CJC確度
熱電対自体は、2つの異なる金属の接点に電位が存在するという原理に基づいています。CJCは、熱電対の各端と測定システム（端子台、端子台）間の接点も熱電対電圧に電位差を追加するため必要です。これは、オンボードCJCセンサを使用して熱電対と測定システム間の温度を測定することで補正されます。CJCセンサ確度は、CJCセンサの確度仕様のみです。
一般的なアナログ出力仕様
DNL
ステップサイズの計算方法のアナログ変換器 (DAC) 分解能、および出力される実際の値 (通常LSBで測定)。理想的なDACでは、DNLは0 LSBになります。
サンプル
NI PXIe-4322のDNLは±1 LSBです。つまり、DACから出力される値の場合、実際の値はプログラムされた値から±1 LSB離れている可能性があります。たとえば、ユーザが±5 Vの範囲で1 Vの値を出力するようにDACをプログラムした場合、出力 (確度の影響を除く) は次の範囲になります。
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INL
INLはDNLの複合作用であるため、INLの仕様は確度計算でよく使用されます。NI PXIe-4322の場合、確度表のINL仕様は使用範囲の64 ppm、つまり4 LSBです。