前情回顧

上期德思特向大家介紹了德思特模塊化數(shù)字化儀在車輛測試中的應(yīng)用，8到16位的通道，高達5 GS/s的采樣率允許選擇與應(yīng)用相匹配的快速或慢速采樣，即使缺少組件，它們也可以進行測試。這期將為大家介紹如何使用信號源進行仿真，及模塊化儀器相關(guān)應(yīng)用。

使用信號源進行仿真

在許多工程項目中，測試可能會因為缺少關(guān)鍵組件或進行物理測試成本太高而被擱置，任意函數(shù)發(fā)生器(AWG)可用于創(chuàng)建幾乎任何波形并彌補這些缺失的組件。任意波形發(fā)生器是數(shù)字信號源，其工作方式與數(shù)字化儀非常相似。數(shù)字化儀對模擬波形進行采樣、數(shù)字化，然后將其存儲在采集存儲器中，而AWG則在波形存儲器中存儲波形的數(shù)字描述，選定的波形樣本被發(fā)送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，然后通過適當?shù)臑V波和信號調(diào)節(jié)，以模擬波形的形式輸出。

對于仿真，如果您可以訪問數(shù)字化儀獲取的缺失部分的響應(yīng)波形，或者可以通過分析方式創(chuàng)建該波形，那么也可以使用AWG作為替代品。如何使其能夠輸出一系列波形，每個波形代表被測系統(tǒng)的不同狀態(tài)？這一般是通過多個發(fā)電機和某種開關(guān)來完成的，AWG是更加高效的一種方法。

德思特方案

AWG具有功能齊全的序列模式，例如TS-M4i.66xx-x8系列，能夠在波形之間實時切換，甚至無需重新加載不同波形的時間。AWG的波形存儲器是分段的，測試所需的每個波形都可以存儲在其自己的段中。AWG在計算機控制下根據(jù)存儲在單獨序列存儲器中的指令逐步處理波形，可以更新或更改序列存儲器的內(nèi)容，而不會影響輸出狀態(tài)。該序列模式操作允許基于測試結(jié)果自適應(yīng)地改變測試序列，此功能大大減少了測試時間并提高了測試的徹底性。

TS-M4i.66xx系列

例如，AWG可用于替代PSI5傳感器，產(chǎn)生一系列可編程輸出代碼。 PSI5使用曼徹斯特編碼。曼徹斯特碼總是在每個位周期的中間放置一個轉(zhuǎn)換。它也可能（取決于要傳輸?shù)男畔ⅲ┰谥芷陂_始時有一個過渡，中間位轉(zhuǎn)換的方向指示數(shù)據(jù)，周期邊界處的轉(zhuǎn)變不攜帶信息，它們的存在只是為了將信號置于正確的狀態(tài)以允許中間位轉(zhuǎn)換。有保證的轉(zhuǎn)換允許信號自計時。要生成PSI5數(shù)據(jù)包，需要三個波形段，如圖4所示。邏輯"1"（段1）由高到低的轉(zhuǎn)換表示。邏輯"0"（段0）由低到高的轉(zhuǎn)變表示。最后，基線電平（第2段）為 0 伏直流電平。

創(chuàng)建曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)包需要三個波形段

通過使用這些組件定義三個波形段，可以合成數(shù)據(jù)模式的任何組合。這意味著通過重新排列這三個段的順序，可以更改數(shù)據(jù)包的內(nèi)容。下圖顯示了PSI5數(shù)據(jù)包的四個示例，每個數(shù)據(jù)包由三個段組成，但每個都有不同的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

重新排序序列內(nèi)存內(nèi)容產(chǎn)生的四種不同的數(shù)據(jù)模式，這可以在AWG運行時動態(tài)完成

在此示例中，段的長度設(shè)置為512個樣本，時鐘速率為50 MS/s，因此每個組件（TBIT）的持續(xù)時間將為10.24 μs。數(shù)據(jù)包被持續(xù)超過兩個位時鐘周期的基線信號分隔。AWG使用MATLAB腳本進行控制，該腳本從三個段組裝了四種不同的數(shù)據(jù)模式，用于本次測試。數(shù)據(jù)包之間的切換無縫地進行，沒有間斷。

電源排序

另一個值得關(guān)注的領(lǐng)域是加電或斷電時電源軌的正確排序。嵌入式計算系統(tǒng)通常需要多個電源電壓來為微處理器、存儲器和其他板載設(shè)備供電。大多數(shù)微控制器都有規(guī)定的電壓施加順序，以防止出現(xiàn)鎖定等問題。電源管理IC（PMIC）或電源定序器執(zhí)行許多定序任務(wù)，由于大多數(shù)處理器使用多個電壓，因此具有最多8個輸入的數(shù)字化儀是此類測量的理想儀器。此外，由于加電/斷電序列需要毫秒量級，還需要大型采集存儲器。

監(jiān)控 5、3.3 和1.8 V電源軌以確定正確的加電順序

上圖是電源序列測量的簡單示例。監(jiān)控三個電源軌（5、3.3和1.8 伏）。預(yù)期電壓電平應(yīng)按所需順序單調(diào)上升。在此示例中，5伏電源先于其他電源打開，然后是3.3伏和1.8伏線路。

可以使用光標測量時間延遲，如圖所示，其中5伏和3.3伏總線之間的時間延遲測量為35.5 μs。

這種類型的功率測量可以擴展到測量紋波、調(diào)節(jié)和瞬態(tài)響應(yīng)。

機械測量

模塊化儀器還可以使用合適的傳感器進行機械測量。下圖顯示了對風扇執(zhí)行的一系列機械測量。

使用轉(zhuǎn)速計、加速度計和麥克風測量風扇的振動和聲學特性。

此SBench 6屏幕圖像顯示最左側(cè)網(wǎng)格中的轉(zhuǎn)速計輸出。該波形由風扇每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個脈沖。通過測量該信號的頻率來讀取風扇速度。圖左中心信息窗格中的頻率讀數(shù)顯示該頻率為27.8 Hz（每秒轉(zhuǎn)數(shù)）。將此頻率讀數(shù)乘以60得出風扇的轉(zhuǎn)速為1668轉(zhuǎn)/分鐘 (RPM)。顯示頻率最小值、最大值和偏差的統(tǒng)計讀數(shù)顯示在頻率讀數(shù)下方。

加速度計輸出出現(xiàn)在標有“加速度計輸出”的上部中心網(wǎng)格中。已使用模擬通道設(shè)置設(shè)置自定義垂直刻度，以直接以g讀取。信號峰峰值和有效（rms）幅度的測量結(jié)果顯示在信息窗格中。信號的時域視圖有些難以解釋，因此計算該信號的快速傅里葉變換 （FFT）并顯示在右上角的顯示網(wǎng)格中。

FFT顯示構(gòu)成加速度信號的頻率分量。FFT的頻域或頻譜視圖提供了更容易的物理解釋，因為它分離了各種頻率分量。最左邊的峰值出現(xiàn)在27.8 Hz處，即風扇電機的旋轉(zhuǎn)頻率。其他光譜分量對應(yīng)于風扇的物理屬性。

麥克風輸出顯示在中心底部網(wǎng)格中，按比例讀取聲學聲壓。該數(shù)據(jù)也已重新調(diào)整，以便以壓力單位（即帕斯卡）讀取。信息窗格中的測量結(jié)果顯示該信號的峰峰值和有效幅度。與振動信號的情況一樣，聲學的FFT提供了大量的物理洞察力。

總結(jié)

模塊化儀器非常適合車輛測試和測量應(yīng)用。它們提供大量分辨率為8至16位的通道。高達5 GS/s的數(shù)字化速率允許選擇與應(yīng)用相匹配的快速或慢速采樣。任意波形發(fā)生器支持模擬場景。即使缺少組件，它們也允許進行測試。PCIe、PXI或LXI配置的選擇符合便攜式或?qū)嶒炇覝y試的需求。