NI PXI定時(shí)與同步設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

　　PXI定時(shí)和同步模塊利用觸發(fā)總線、星形觸發(fā)以及PXI的系統(tǒng)參考時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)高級(jí)的多設(shè)備同步。 通過共享定時(shí)和同步，可大大提高測(cè)量精度，實(shí)現(xiàn)高級(jí)觸發(fā)方案，或者將多個(gè)設(shè)備同步作為一臺(tái)整體設(shè)備運(yùn)行，適用于需要極高通道數(shù)的應(yīng)用。 NI提供PXI定時(shí)和同步產(chǎn)品系列，是測(cè)試和測(cè)量產(chǎn)品的唯一主要供應(yīng)商。 該產(chǎn)品集涵蓋了從低成本的解決方案，到業(yè)界最高性能的PXI Express定時(shí)和同步模塊NI PXIe-6674T，為眾多不同的應(yīng)用提供了同步優(yōu)勢(shì)。

　　表1. NI PXI定時(shí)與同步產(chǎn)品集

　　運(yùn)用多種NI PXI定時(shí)和同步模塊，您可以:

　　?控制PXI觸發(fā)總線和PXI星形觸發(fā)線

　　?生成具有高度穩(wěn)定性的OCXO PXI系統(tǒng)參考時(shí)鐘(CLK10)

　　?生成高精度DDS時(shí)鐘

　　?使PXI儀器與GPIB、VXI和其它儀器同步

　　?同步多個(gè)PXI機(jī)箱

　　PXI和PXI Express機(jī)箱的定時(shí)與同步

　　NI為PXI和PXI Express機(jī)箱提供了定時(shí)和同步解決方案。 最新的PXI Express對(duì)PXI平臺(tái)進(jìn)行了改革，在保留向后兼容的同時(shí)，針對(duì)測(cè)量I/O設(shè)備，提供了比PXI-1更強(qiáng)大的同步功能。 PXI Express保留了原始的PXI規(guī)范中的10 MHz背板時(shí)鐘，以及單端PXI觸發(fā)總線和長度匹配的PXI星形觸發(fā)信號(hào)。 PXI Express還在背板上增加了100 MHz差分時(shí)鐘和差分星形觸發(fā)，提供增強(qiáng)的抗噪音能力和業(yè)界領(lǐng)先的同步精度(分別為250 ps和500 ps的模塊間延遲差)。 NI定時(shí)和同步模塊充分利用PXI和PXI Express機(jī)箱中的高級(jí)定時(shí)和觸發(fā)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

　　圖1. PXI機(jī)箱定時(shí)與同步特性

基于信號(hào)與時(shí)間的同步

　　NI PXI定時(shí)和同步模塊搭配基于信號(hào)和基于時(shí)間兩種不同類型的同步架構(gòu)，幫助您在開發(fā)應(yīng)用程序時(shí)，實(shí)現(xiàn)靈活性與自定制，滿足對(duì)于不同性能的需求。

　　圖2. 基于信號(hào)和基于時(shí)間的同步架構(gòu)的性能

　　借助于NI PXI基于信號(hào)的定時(shí)和同步架構(gòu)，時(shí)鐘和觸發(fā)器在子系統(tǒng)之間實(shí)際連接在一起。 這通常會(huì)產(chǎn)生最高的同步精度。 然而，若超過某些子系統(tǒng)連接電纜的長度(約200米)，由于時(shí)鐘偏移和時(shí)鐘漂移的因素，則無法實(shí)現(xiàn)最佳的性能 。

　　如果同步機(jī)箱之間所需的距離太長，電纜無法穩(wěn)定傳輸時(shí)鐘和觸發(fā)信號(hào)，您就需要使用基于時(shí)間的同步架構(gòu)。 借助于NI PXI定時(shí)和同步解決方案，您可以采用絕對(duì)時(shí)間參考協(xié)議，如IEEE 1588、GPS和IRIG-B來實(shí)現(xiàn)長距離的同步。

　　振蕩器選項(xiàng)

　　借助于PXI平臺(tái)中內(nèi)置的定時(shí)和同步功能，您可以在背板上分配10 MHz和/或100 MHz系統(tǒng)參考時(shí)鐘，從而實(shí)現(xiàn)PXI機(jī)箱內(nèi)跨模塊的同步。 同樣地，您可以在機(jī)箱背板之間分配10 MHz參考時(shí)鐘，以同步多個(gè)PXI機(jī)箱中的模塊。 本系統(tǒng)參考時(shí)鐘是由機(jī)箱背板上的獨(dú)立的振蕩器頻率源驅(qū)動(dòng)的。 沒有振蕩器可以完全生成指定的頻率，主要的時(shí)鐘誤差來源于精確性，穩(wěn)定性以及抖動(dòng)。 對(duì)于NI PXI Express機(jī)箱，該振蕩器可以精確到25 ppm。 將NI PXI定時(shí)和同步模塊和恒溫器控制的晶體振蕩器(OCXO)插入機(jī)箱的系統(tǒng)定時(shí)插槽，用戶可以用精確到50 ppb的振蕩器頻率源代替背板系統(tǒng)參考時(shí)鐘。 此外，如果插入NI PXI定時(shí)和同步模塊與溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)，用戶可以用精確到1 ppm的振蕩器頻率源代替背板系統(tǒng)參考時(shí)鐘。

　　圖3. 帶有OCXO的NI PXIe-6674T—業(yè)界最高性能的PXI定時(shí)和同步模塊

　　借助于NI PXI定時(shí)和同步模塊，您可以在多個(gè)PXI設(shè)備之間共享一個(gè)精確時(shí)鐘源，用來改善整體系統(tǒng)時(shí)鐘誤差。 如果您在系統(tǒng)定時(shí)插槽中安裝了具有低時(shí)鐘誤差的PXI模塊，如帶有OCXO或TCXO的模塊，帶有鎖相環(huán)(PLL)電路的PXI模塊就可以利用插槽中的高精度時(shí)鐘的優(yōu)勢(shì)。 將PXI 10 MHz參考時(shí)鐘調(diào)整至NI PXI OCXO頻率源，可以將不確定性降低至0.5Hz。 將PXI 10 MHz參考時(shí)鐘調(diào)整至NI PXI TCXO頻率源，可以將不確定性降低至10 Hz。

NI-TClk

　　對(duì)于需要同步高速PXI模塊化儀器的應(yīng)用，分配必要的時(shí)鐘和觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)同步具有一定挑戰(zhàn)性，因?yàn)槠坪投秳?dòng)會(huì)造成延遲和時(shí)間上的不確定性。

　　NI-TClk technology is designed to:針對(duì)同步，NI創(chuàng)造了一種正在申請(qǐng)專利的方法 ，這樣，另一個(gè)信號(hào)時(shí)鐘域就可以用來統(tǒng)一采樣時(shí)鐘和觸發(fā)器的分配和接收，這就稱為NI-TClk。 NI-TClk技術(shù)可以用來:

　　? 統(tǒng)一最初沒有統(tǒng)一的采樣時(shí)鐘(盡管它們被鎖相到10 MHz參考時(shí)鐘)

　　? 啟動(dòng)同步設(shè)備的準(zhǔn)確觸發(fā)

　　靈活的NI-TCLK技術(shù)適用于以下案例:

　　? 高速模塊化儀器與采樣時(shí)鐘或參考時(shí)鐘的同步

　　? 從單一的PXI機(jī)箱同步擴(kuò)展至多個(gè)PXI機(jī)箱，使用系統(tǒng)定時(shí)模塊應(yīng)對(duì)高通道系統(tǒng)

　　? 同種和異種同步—設(shè)備采用內(nèi)部或外部采樣時(shí)鐘，在相同或不同的采樣率下運(yùn)行

　　即買即用的NI-TClk技術(shù)提高了PXI模塊化儀器的同步性能。 主要軟件組件由3個(gè)無需參數(shù)設(shè)置的LabVIEW VIs/C函數(shù)組成。 NI-TCLK架構(gòu)可以提供同步的設(shè)備，每個(gè)設(shè)備之間至多含有1 ns的偏移。 通常的偏移范圍為200 ps至500 ps。 手動(dòng)校準(zhǔn)每臺(tái)設(shè)備上的采樣時(shí)鐘可將設(shè)備之間的偏移率降低至30 ps。

　　圖4. 必要的NI-TClk函數(shù)