如何選擇合適的DAQ設備：總線和組成結構

所有PC總線在一定時間內可傳輸的數據量都是有限的。這種限制稱為總線帶寬，單位通常是兆字節每秒(MB/s)。如果動態波形測量對于應用十分重要，務必使用帶寬足夠的總線。

根據您選擇的總線，總帶寬可以在多個設備之間共享，也可以專用于特定設備。例如，PCI總線的理論帶寬為132 MB/s，由計算機的所有PCI板卡共享。千兆以太網提供125 MB/s的帶寬，由子網或網絡的設備共享。提供專用帶寬的總線(如PCI Express和PXI Express)可為每臺設備提供最大數據吞吐量。

進行波形測量時，需要根據信號變化的速度達到特定采樣率和分辨率。每次采樣的字節數(下一個字節取整)乘以采樣速度，再乘以通道數，即可得出所需的最小帶寬。

例如，在四個通道上以4 MS/s的速度采樣的16位設備(2字節)將是：

您的總線帶寬需要能夠支持數據采集的速度，需要注意的是，系統的實際帶寬往往低于理論上的最高總線帶寬。系統的實際帶寬，取決于系統中的設備數量以及占用總線帶寬的額外開銷。如需在多個通道上傳輸大量高分辨率數據，在選擇DAQ總線時，帶寬可能是最重要的考量因素。

需要單點讀寫的應用往往需要實時且持續地更新I/O值?；诳偩€架構的軟硬件實現方式，單點I/O需求可能是您選擇總線的決定性因素。例如，對于比例積分微分(PID)控制系統，單點I/O非常重要，而且總線延遲會直接影響控制回路的最快速度。

總線延遲反映了I/O的響應速度，指的是調用驅動程序軟件函數與更新I/O實際硬件值之間的時間延遲。根據所選擇總線的不同，延遲從<1 μs到數ms不等。

單點I/O應用的另一個重要因素是確定性，衡量的是I/O按時執行的持續性。確定性對于控制應用十分重要，因為它直接影響控制回路的穩定性。

?? ps：本文摘自《如何選擇合適的DAQ設備：總線和組成結構》手冊，這是測量系統構建指南的重要章節。詳細內容，請拉至文末查看完整版手冊。

便攜式計算為基于PC的數據采集帶來了新的創新方式。便攜性很容易成為選擇某一種總線的主要原因。例如，車載DAQ應用得益于結構緊湊以及方便攜帶的硬件。

USB和以太網等外部總線可實現快速硬件安裝，并且與筆記本電腦兼容，因此特別適用于便攜式DAQ系統。通過USB端口供電的總線供電型USB設備可提供更多的便利，因為它們并不需要單獨的電源。

在不同的應用中，需要測量的物體和計算機之間的距離各不相同。為了達到卓越的信號完整性和測量準確度，DAQ硬件應該放置在盡可能靠近信號源的位置。

使用很長的線纜進行跨橋梁或車間布線不僅成本昂貴，而且還可能會導致信號嘈雜。可解決此問題的一種方案是使用便攜式計算平臺，將整個系統移動到更靠近信號源的地方。借助無線通訊技術，計算機和測量硬件之間不需要進行物理連接，且可以采取分布式測量，將數據發回到一個集中地點。

現在，需要走出實驗室環境進行的測試越來越多，因此選擇DAQ設備時，需要考慮DAQ系統所處的環境，并確保DAQ系統能夠適用于這類環境。查看工作溫度以及沖擊和振動等級：對于極端環境，需要考慮進入防護(IP)等級，該等級表示的是設備的防塵和防水等級。例如，FieldDAQ設備的IP等級為IP65和IP67，這意味著設備具有防塵、防噴水和防水浸的能力。

許多測量系統都有復雜的同步需求，比如同步數百個輸入通道或者同步不同類型的儀器。例如，激勵-響應系統可能要求多個輸出通道共享相同的采樣時鐘，并將啟動觸發器作為輸入通道，以便關聯I/O并更好地分析結果。

不同總線上的DAQ設備可提供不同的方式來實現這一點。同步技術通常可分為兩種類型：基于信號或基于時間。

基于信號的技術可在設備之間提供最緊密的同步，基于時間的同步技術可簡化設備之間的同步。

根據前面概述的這些問題，下表展示了最常見的DAQ總線的選型指南。

▲ 基于應用需求進行NI產品總線選型

怎么為基于PC的系統選擇合適的DAQ總線呢？可供選擇的總線和組成結構有許多，本部分重點介紹的是為基于PC的系統選擇合適的總線：

• PCI和PCI Express

• USB總線

• PXI和PXI Express

• 以太網總線