NI PXI​定​时​与​同步​设计​优势

内容

概览

PXI​定​时​和​同步​模​块​利用​触发​总​线、​星形​触发​以及​PXI​的​系统​参考​时钟​来​实现​高级​的​多​设备​同步。 通过​共享​定​时​和​同步,​可​大大​提高​测量​精度,​实现​高级​触发​方案,​或者​将​多个​设备​同步​作为​一台​整体​设备​运行,​适用​于​需要​极​高​通道​数​的​应用。 NI​提供​PXI​定​时​和​同步​产品​系列,​是​测试​和​测量​产品​的​唯一​主要​供应​商。 该​产品​集​涵​盖了​从​低成本​的​解决​方案,​到​业界​最高​性能​的​PXI Express​定​时​和​同步​模块NI PXIe-6674T,​为​众多​不同​的​应用​提供​了​同步​优势。

表​1. NI PXI​定​时​与​同步​产品集

运用​多种​NI PXI​定​时​和​同步​模​块,​您​可以:
​•​控制​PXI​触发​总​线​和​PXI​星形​触发线
​•​生成​具有​高度​稳定​性的​OCXO PXI​系统​参考​时钟​(CLK10)
​•​生成​高​精度​DDS​时钟
​•​使​PXI​仪器​与​GPIB、​VXI​和​其它​仪器​同步
​•​同步​多个​PXI​机箱

PXI​和​PXI Express​机​箱​的​定​时​与​同步

NI​为​PXI​和​PXI Express​机​箱​提供​了​定​时​和​同步​解决​方案。 最新​的​PXI Express​对​PXI​平台​进行​了​改革,​在​保留​向后​兼容​的​同时,​针对​测量​I/​O​设备,​提供​了​比​PXI-1​更​强大​的​同步​功能。 PXI Express​保留​了​原始​的​PXI​规范​中的​10 MHz​背​板​时钟,​以及​单​端​PXI​触发​总​线​和​长度​匹配​的​PXI​星形​触发​信号。 PXI Express​还​在​背​板​上​增加​了​100 MHz​差分​时钟​和​差分​星形​触发,​提供​增强​的​抗​噪音​能力​和​业界​领先​的​同步​精度​(分别​为​250 ps​和​500 ps​的​模​块​间​延迟​差)。 NI​定​时​和​同步​模​块​充分利用​PXI​和​PXI Express​机​箱​中的​高级​定​时​和​触发​技术​优势。

图​1. PXI​机​箱​定​时​与​同步​特性

基于​信号​与​时间​的​同步

NI PXI​定​时​和​同步​模​块​搭配​基于​信号​和​基于​时间​两​种​不同​类型​的​同步​架构,​帮助​您​在​开发​应用​程序​时,​实现​灵活​性​与​自​定制,​满足​对于​不同​性能​的​需求。

图​2. 基于​信号​和​基于​时间​的​同步​架构​的​性能

借助​于​NI PXI​基于​信号​的​定​时​和​同步​架构,​时钟​和​触发​器​在​子​系统​之间​实际​连接​在一起。 这​通常​会​产生​最高​的​同步​精度。 然而,​若​超过​某些​子​系统​连接​电缆​的​长度​(约​200​米),​由于​时钟​偏移​和​时钟​漂移​的​因素,​则​无法​实现​最佳​的​性能 。

如果​同步​机​箱​之间​所需​的​距离​太长,​电缆​无法​稳定​传输​时钟​和​触发​信号,​您​就​需要​使用​基于​时间​的​同步​架构。 借助​于​NI PXI​定​时​和​同步​解决​方案,​您​可以​采用​绝对​时间​参考​协议,​如​IEEE 1588、​GPS​和​IRIG-​B​来​实现​长​距离​的​同步。

振荡​器​选项

借助​于​PXI​平台​中​内​置​的​定​时​和​同步​功能,​您​可以​在​背​板​上​分配​10 MHz​和/​或​100 MHz​系统​参考​时钟,​从而​实现​PXI​机​箱​内​跨​模​块​的​同步。 同样​地,​您​可以​在​机​箱​背​板​之间​分配​10 MHz​参考​时钟,​以​同步​多个​PXI​机​箱​中的​模​块。 本​系统​参考​时钟​是​由​机​箱​背​板​上​的​独立​的​振荡​器​频率​源​驱动​的。 没有​振荡​器​可以​完全​生成​指定​的​频率,​主要​的​时钟​误差​来源​于​精确​性,​稳定​性​以及​抖动。 对于​NI PXI Express​机​箱,​该​振荡​器​可以​精确​到​25 ppm。 将​NI PXI​定​时​和​同步​模​块​和​恒温​器​控制​的​晶体​振荡​器​(OCXO)​插入​机​箱​的​系统​定​时​插​槽,​用户​可以​用​精确​到​50 ppb​的​振荡​器​频率​源​代替​背​板​系统​参考​时钟。 此外,​如果​插入​NI PXI​定​时​和​同步​模​块​与​温度​补偿​晶体​振荡​器​(TCXO),​用户​可以​用​精确​到​1 ppm​的​振荡​器​频率​源​代替​背​板​系统​参考​时钟。

图​3. 带有​OCXO​的​NI PXIe-6674T​—​业界​最高​性能​的​PXI​定​时​和​同步​模块

借助​于​NI PXI​定​时​和​同步​模​块,​您​可以​在​多个​PXI​设备​之间​共享​一个​精确​时钟​源,​用​来​改善​整体​系统​时钟​误差。 如果​您​在​系统​定​时​插​槽​中​安装​了​具有​低​时钟​误差​的​PXI​模​块,​如​带有​OCXO​或​TCXO​的​模​块,​带有​锁​相​环​(PLL)​电路​的​PXI​模​块​就​可以​利用​插​槽​中的​高​精度​时钟​的​优势。 将​PXI 10 MHz​参考​时钟​调整​至​NI PXI OCXO​频率​源,​可以​将​不​确定​性​降低​至​0.5Hz。 将​PXI 10 MHz​参考​时钟​调整​至​NI PXI TCXO​频率​源,​可以​将​不​确定​性​降低​至​10 Hz。

NI-​TClk

对于​需要​同步​高速​PXI​模​块​化​仪器​的​应用,​分配​必要​的​时钟​和​触发​器​来​实现​同步​具有​一定​挑战​性,​因为​偏移​和​抖动​会​造成​延迟​和​时间​上​的​不​确定​性。

NI-​TClk technology is designed to:​针对​同步,​NI​创造​了​一种​正在​申请​专利​的​方法 ,​这样,​另​一个​信号​时钟​域​就​可以​用​来​统一​采样​时钟​和​触发​器​的​分配​和​接收,​这​就​称为NI-​TClk。 NI-​TClk​技术​可以​用​来:
​• 统一​最初​没有​统一​的​采样​时钟​(尽管​它们​被​锁​相​到​10 MHz​参考​时钟)
​• 启动​同步​设备​的​准确​触发

灵活​的​NI-​TCLK​技术​适用​于​以下​案例:
​• 高速​模​块​化​仪器​与​采样​时钟​或​参考​时钟​的​同步
​• 从​单一​的​PXI​机​箱​同步​扩展​至​多个​PXI​机​箱,​使用​系统​定​时​模​块​应对​高​通道​系统
​• 同​种​和​异​种​同步​—​设备​采用​内部​或​外部​采样​时钟,​在​相同​或​不同​的​采样​率​下​运行

即​买​即​用​的​NI-​TClk技术​提高​了​PXI​模​块​化​仪器​的​同步​性能。 主要​软件​组​件​由​3​个​无​需​参数​设置​的​LabVIEW VIs/​C​函数​组成。 NI-​TCLK​架构​可以​提供​同步​的​设备,​每​个​设备​之间​至多​含有​1 ns​的​偏移。 通常​的​偏移​范围​为​200 ps​至​500 ps。 手​动​校准​每​台​设备​上​的​采样​时钟​可​将​设备​之间​的​偏移​率​降低​至​30 ps。

图​4. 必要​的​NI-​TClk​函数

NI PXI​设计​其他​优势

欲​知​更多​有关​NI PXI​平台​的​设计​优势​的​详细​信息,​请​查看​本​系列​的​其他​章节:

NI PXI​平台​的​设计​优势

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