前言
數(shù)據(jù)采集卡為大家所熟知作為采集信號的接口，然而，在市面上各式規(guī)格的板卡中，為何有些有支持外部時(shí)鐘及提供多樣化的觸發(fā)模式，還有的高速數(shù)字I/O卡為何提供了交握信號的傳輸方式。相信部份讀者并不是十分了解對于這些功能所帶來的用處為何，以下將簡單為大家介紹。
外部時(shí)鐘
對于數(shù)據(jù)采集卡來說，如同其它單芯片的應(yīng)用，需要一個(gè)基本時(shí)鐘(time-base)來推動板卡上的控制芯片及模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的運(yùn)作，此時(shí)鐘來自于卡片上的石英震蕩器，然后設(shè)計(jì)者依不同模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的特性，將此周期性的方波信號經(jīng)由計(jì)數(shù)器(counter)模塊除頻后，成為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的工作時(shí)脈，這也就決定了數(shù)據(jù)采集卡的取樣頻率(sampling rate)或更新頻率(update rate)，然而，由于板卡上石英震蕩器的頻率為固定，所以再經(jīng)由計(jì)數(shù)器模塊除頻后，有可能無法達(dá)到使用者所需的特定頻率，因此，如果數(shù)據(jù)采集卡可提供支持外部時(shí)鐘的設(shè)計(jì)，將此時(shí)鐘直接作為轉(zhuǎn)換器的取樣周期，將會大大增加使用者在應(yīng)用取樣頻率及更新頻率上的彈性。另外，支持外部時(shí)鐘的另一個(gè)用處是可以達(dá)成多個(gè)模塊對于同步的需求。
何謂同步
當(dāng)兩個(gè)(或多個(gè))設(shè)備一起工作并對時(shí)間有精確要求的時(shí)候，就需要在它們之間進(jìn)行同步。同步是基于在兩個(gè)設(shè)備之間規(guī)定一個(gè)共同的時(shí)間參考，試想如果將不同音軌的音頻訊號分別錄在不同的磁帶機(jī)上，則必須將這兩個(gè)磁帶機(jī)的磁帶傳送軸鎖定在一起，否則將來撥放出來就會有相位上的誤差，這個(gè)過程就稱為同步。假使這兩個(gè)設(shè)備沒有進(jìn)行同步，無論它們開始的時(shí)間多么一致，也會由于兩臺設(shè)備在機(jī)械結(jié)構(gòu)的差異而產(chǎn)生時(shí)間漂移。同樣的，對于數(shù)據(jù)采集卡也是一樣的概念，甚至在要求上更為嚴(yán)格。而如何達(dá)到數(shù)據(jù)同步采集，最基本的要求就是不同模塊間要有相同的工作時(shí)脈與一致的觸發(fā)信號，而這個(gè)相同的時(shí)脈信號需來自于共同的外部儀器。下圖中的弦波是兩張數(shù)據(jù)采集卡在同步與異步采集同一信號源所得的波形，在左圖中因異步而存在一向位差，右圖中則是同步觸發(fā)下得到完全重迭的波形。
(圖)同步與異步數(shù)據(jù)采集差異
觸發(fā)信號
一般來說，觸發(fā)信號的信號源可分為軟件觸發(fā)(software trigger)，模擬觸發(fā)(analog trigger)及數(shù)字觸發(fā)(digital trigger)，軟件觸發(fā)即是程序執(zhí)行到啟動數(shù)據(jù)采集的瞬間，即為觸發(fā)點(diǎn)，對于模擬觸發(fā)來說，可設(shè)定觸發(fā)準(zhǔn)位為高于或是低于某特定電壓值，讓板卡上的控制芯片認(rèn)定此時(shí)為觸發(fā)點(diǎn)。至于數(shù)字觸發(fā)信號，其觸發(fā)信號為一方波(TTL準(zhǔn)位)，使用者可以設(shè)定觸發(fā)點(diǎn)為上升緣(rising edge)觸發(fā)或是下降緣(falling)觸發(fā)，另外，在觸發(fā)的模式上也有幾種不同的區(qū)別，分別是延遲觸發(fā)(delay-trigger)、預(yù)觸發(fā)(pre-trigger) 、中間觸發(fā)(middle-trigger)及后觸發(fā)(post-trigger)。其觸發(fā)點(diǎn)與所采集到數(shù)據(jù)的關(guān)系如下圖所示:
(圖)觸發(fā)模式
由上圖可容易了解到，所謂延遲觸發(fā)即是忽略觸發(fā)后的前M筆數(shù)據(jù)后才開始采集N筆數(shù)據(jù)，預(yù)觸發(fā)是采集觸發(fā)信號的前N筆數(shù)據(jù)，中間觸發(fā)是采集觸發(fā)前M筆數(shù)據(jù)及觸發(fā)后的N筆數(shù)據(jù)，后觸發(fā)則是采集觸發(fā)后的N筆數(shù)據(jù)，而前面所提到的軟件觸發(fā)即是指后觸發(fā)的模式。
除此之外還有連續(xù)觸發(fā)模式，連續(xù)觸發(fā)可以采集每個(gè)觸發(fā)信號后特定的數(shù)據(jù)數(shù)，但如果板卡不支持此模式的話，則使用者必須以完整的將所有數(shù)據(jù)取回，再刪除無意義的數(shù)據(jù)，如此一來，勢必增加使用者在后續(xù)數(shù)據(jù)處理上的復(fù)雜度。以凌華科技DAQ2000 系列多功能信號采集卡為例，全系列提供完整觸發(fā)模式及支持外部時(shí)脈的設(shè)計(jì)，提供使用者彈性的取樣頻率及多張卡同步采集的能力，另外，DAQ2000系列更提供SSI(system synchronization interface)接口，以達(dá)成多張卡的同步。其基本概念為，當(dāng)兩個(gè)（或多個(gè)）數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行同步的時(shí)候，其中一臺稱為主機(jī)（以其工作時(shí)脈為準(zhǔn)），而其它的則稱為從機(jī)，主機(jī)(master)的工作時(shí)脈及觸發(fā)信號可透過SSI接口發(fā)送給從機(jī)(slave)，以便多臺從機(jī)進(jìn)行同步。
