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美國國家儀器公司（簡稱NI）近期推出了新一代多功能數據采集產品X系列數據采集卡(圖1)，也是該類別的第三代產品。多功能數據采集設備作為NI最重要的產品之一，歷來備受關注。第二代M系列推出時曾經引起過巨大轟動，其功能和特性較第一代E系列有著顯著地提升，至今多年過去仍然保持著很好的銷量和口碑，滿足著測試行業各式各樣的需求，成就了一代輝煌。那么X系列是否能將M系列的優勢延續下去？能否在日益激烈的市場競爭下繼續保持同類產品的領先地位，滿足更多的測量需求？和M系列相比又有了哪些性能上的提升呢？
圖1 X系列多功能數據采集產品
PCIe總線
M系列產品中，總線類型既有PCI也有PCIe，其中PCI種類更多；而在X系列中只有PCIe總線產品，不再提供支持PCI總線的產品。PCI(Peripheral Component Interconnect)總線是英特爾（Intel）公司1991年推出的用于定義局部總線的標準，是目前使用較多的內部總線之一。最早提出的PCI總線工作在33MHz頻率之下，傳輸帶寬為133MB/s(33MHz*32bit/s)，目前理論帶寬最多可達到1G。 PCI Express則是近年發布的一種總線結構，采用了點對點串行連接，比起PCI的共享并行架構，可以讓每個設備都有自己的專用連接，不需要向整個總線請求帶寬，而且可以把數據傳輸率提高到一個很高的頻率，以達到PCI所不能提供的高帶寬。相對于傳統PCI總線在單一時間周期內只能實現單向傳輸，PCIe的雙單工連接能提供更高的傳輸速率和質量，它們之間的差異跟半雙工和全雙工類似。PCIe連接的每條線路包含兩對導線，其中一對用于發送，另一對用于接收。數據包以每周期一位的速度在線路間傳輸�！�1連接，即最小的PCIe連接，有一條由四根導線組成的線路。各方向上每周期都傳輸一位�！�2鏈接包含八根導線，一次傳輸兩位，×4鏈接傳輸四位，以此類推。其他配置還有×12、×16和×32。X系列PCIe板卡屬于×1連接（圖2）。
圖2 PCIe連接器示例
PCIe總線主要優勢就是數據傳輸速率高，目前速度最高可以達到10GB/s以上，而且還有相當大的發展潛力。主板生產的成本上，使用PCIe也低于PCI，且PCIe和PCI完全兼容，適用于當前的操作系統，所以不遠的將來PCIe必將取代PCI成為新一代通用總線接口，而X系列依然可以適用于新一代的PC主板（圖3）。X系列PCIe產品的帶寬為250M/s。
更高的采樣率和精度
X系列PCIe總線的產品依然選擇了所有AI通道復用一個ADC的工作方式，多通道輪詢采集節約了用戶的成本。在進行多通道切換時，X系列產品ADC的穩定時間只有M系列的五分之一，即僅為10ns，甚至可以滿足一些要求不高的同步采集。
眾所周知，數據采集卡的絕對精度不僅僅等同于分辨率，還和偏置誤差，增益誤差等多個參數有關。X系列使用的ADC分辨率仍然為16位，但各量程的精度和M系列同樣分辨率的產品相比卻有大幅提升，使得測試可以更加精確。下面表1和表2給出了M系列和X系列中同級別板卡的精度對比。
X系列產品采樣率也提供了更多的選擇范圍，16位分辨率產品單通道采樣率可選擇250K，500K，1.25M和2M（表3）。其他模擬輸入性能上，X系列共模抑制比也有所提升，和計算機傳遞數據默認采樣DMA方式，并不再支持中斷方式。一切細節變化均是為了使板卡達到更好的性能，滿足越來越高的測試要求。
表3 X系列PCIe產品(采樣率為單通道采集時可達到的最高采樣率)
X系列AO對比M系列同級別產品，更新率均有提升，有900K和2.86M兩種可以選擇，DAC的穩定時間也由原來的50ns提高到10ns。另外，X系列產品對過電流保護以及上電斷電出現毛刺的保護也都做了改善。
X系列產品AI和AO都有1路DMA通道負責與PC之間的數據傳遞。
NI STC3芯片
X系列在數字I/O和Counter的功能上有了很大提升，主要是因為使用了新一代的系統定時控制芯片NI STC3。
板載時基對于數據采集卡來說尤為重要，內部定時設置采樣率需要板載時基生成時鐘頻率，設置觸發信號需要板載時基鎖定數字邊沿。NI STC3技術使用100MHz時基，可以對模擬任務和數字任務設置定時，速度是M系列卡的5倍，這意味著采樣率可以精確5倍，一次觸發的響應時間可以達到10ns。
M系列所使用的STC2芯片提供了2個32位，80MHz的Counter，可以測量TTL脈沖信號的各種信息，如周期、頻率、邊沿間隔等，以及生成脈沖。NI STC2還是一款直接支持正交編碼器的芯片，可直接將編碼器的A,B,Z連接到計數器的Source,AUX,Gate口，通過配置參數直接讀取角度或位移信息，十分方便。NI STC3的功能在STC2上更進一步，提供了4個32位，100MHz的增強型Counter。每個增強型Counter通過一個內部嵌入式Counter，甚至可以完成過去M系列產品2個Counter才能完成的工作（圖4）。比如控制一個步進電機需要生成一個有限點的數字脈沖，在M系列產品中我們使用1個Counter連續生成脈沖，另一個則控制第一個Counter的Gate信號決定何時送到電機。而X系列產品中單個Counter就可以完成這個任務，這就意味著一塊X系列卡可以同時控制4臺步進電機。同樣，X系列板產品每個Counter都有一路專用的DMA通道負責和PC之間的數據傳遞，無需占用CPU資源。
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