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数字信号与脉冲序列调理数字IO接口数字信号采用数字信号进行通信是计算机和外设、仪器以及其他电子设备之间最常见的通信方式,因为这是计算机工作的基本元素。任何信号,都必须转换为数字信号之后,才能输入计算机,并进行处理。数字信号流入或流出系统时,或是单个信号,或是一串脉冲,可以只经过单一端口,也可以经过多个并行端口,并行端口上每根信号线代表字符中的一个bit。计算机的数字输出信号线往往用于控制继电器,以间接控制其他设备的开关。类似地,数字输入信号线可以代表某个传感器或开关的两种状态之一,而一串脉冲序列可以指示某个设备的当前位置或瞬时速度。输入信号可能来自继电器或其他固态设备。大电流、高电压数字IO通过继电器,可控制超出计算机内部处理范围的电压或电流,但信号或状态的响应速度受限于线圈的频率响应和触点移动。同时,当电感负载由闭合切换至断开时,两端的反向自感电动势必须被抑制,可将续流二极管反接在负载两端,为脉冲电流提供通路,以释放能量。如果没有这个二极管,继电器两端的电弧会缩短自身使用寿命(见图11.01)。[img=,315,349]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281514034446_4291_3859729_3.jpg!w315x349.jpg[/img]TTL和CMOS设备通常用于连接高速低压信号,例如速度或位置传感器的输出信号。但是在需要用计算机去激励继电器线圈的应用中,TTL或CMOS设备也许无法满足电压和电流需求。因此需要在TTL信号和继电器之间接入一级缓冲,以提供30V,100mA的驱动能力。 [img=,315,323]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281514151811_8384_3859729_3.jpg!w315x323.jpg[/img]这种系统的一个例子是用于数字IO仪器的板卡,板载放大/衰减单元,由一个PNP晶体管、一个续流二极管和一个电阻组成(见图11.02)。为了控制标准的24V继电器,需要从外部引入24V电源。内部TTL输出高电平时,三极管导通,输出低电平(约0.7V);TTL输出低电平时,三极管进入截止区,输出被拉到24V。因为继电器线圈是感性负载,所以需要反接一个续流二极管,用于在开关切换时保护继电器。图11.03演示了高压数字输入的降压电路。这使得TTL电路可以处理高达48V的电压。高压信号接入电阻分压电路,得到衰减。选取一个阻值适当的电阻R,用于处理不同程度的高压信号。图11.04中的表格提供一些常用方案。[img=,368,288]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281517039909_4386_3859729_3.jpg!w368x288.jpg[/img][img=,351,168]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281517036364_4408_3859729_3.jpg!w351x168.jpg[/img]数字输入计算机处理数字输入的方法各种各样,有难有易。这一章节简要讨论软件触发,单字节读取;硬件控速,数字输入;外部触发,数字输入。数字输入的异步读取当计算机周期性的采样数字引脚时,需要使用软件触发的异步读取方式。有时,读取数字输入的速度和时机至关重要,但是采用软件触发的单字节读取方式,读取间隔很难保持稳定,尤其是当应用程序运行在多任务操作系统下的时候,例如在PC机上运行。原因是读取间隔受计算机的运行速度和其他并发任务的影响。读取间隔的不稳定可用软件定时器进行补偿,但是小于10ms的时间分辨率在PC上很难得到保证。数字输入的同步读取有些系统提供硬件控速的数字输入读取方式,用户可以设置数字输入端口的读取频率。例如,某系统能够以100kHz的频率读取16位IO口,某些系统可以达到1MHz的速度。硬件控制的读取,最大优点就是可以做到比软件快得多的速度。最后,此类设备可以在读取模拟输入的同时读取数字输入,使得模拟输入和数字输入的数据具有紧密的关联性。数字输入的外部触发读取某些外部设备以独立于数据采集系统的速率,产生以比特、字节或字为单位的数据。只有当新数据可读时才进行读数,并非以预先设置好的速率读数。因此,这些外部设备通常采用信号交换技术进行数据传输。当新的事件发生,例如外部数据就绪或门控信号输入时,外部设备在单独一根信号线上产生电平翻转。为了与这些设备交互,数据采集系统必须具备可被外部信号控制的输入锁存功能。这样,一个逻辑信号会提交到主控计算机,提示新数据准备就绪,可从锁存器中读取。举例来说,一个以此方式工作的设备,在其6根控制信号线中有一根线用来通知外部设备主机正在读取输入锁存器中的数据。这个动作使外部设备能够保持住新数据,直到本次读取完成。数字隔离由于多种原因,数字信号往往需要被隔离,比如保护系统一端免受另一端随时可能出现的高压信号的损害、使得不共地的两个设备之间正常通信或保证医学应用中用户的安全。常见的隔离方案是光耦。光耦包含一个用于发射数字信号的LED或激光二极管,和一个用于接收信号的光电二极管或光电三极管(见图11.05)。光耦体积虽小,但可以隔离500V高压,这种技术还可以用于控制并监控不共地的设备。[img=,554,221]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281517178877_2957_3859729_3.jpg!w554x221.jpg[/img]脉冲序列信号调理在许多测量频率的应用中,脉冲信号被计数或与某个固定的时基单元做比较。脉冲也可作为一种数字信号,因为只有上升沿或下降沿会被计数。在很多情况下,脉冲序列甚至可能来自模拟信号源,比如电磁拾波器(magnetic pickup)。举例来说,数据采集系统中应用广泛的频率采集卡,提供4路频率输入通道,并包含2个独立的前端电路,一个用于数字信号输入,另一个用于模拟信号输入。采集卡将数字输入划分为不同逻辑状态,将模拟输入转换成一个随时间变化的纯净的数字脉冲序列。图11.06演示了原理框图:总共模拟输入和信号调理两部分。前端RC网络提供交流耦合,允许高于25Hz的信号通过。衰减比例可调的衰减器降低了波形的整体幅度,削弱了不必要的低压噪声的影响。当需要使用来自继电器闭合时的脉冲序列时,此电路单元为用户提供了软件可配置去抖时间的功能。数字电路监控着被调节的脉冲序列,保持高电平或低电平。如果没有去抖动环节,信号中额外的边沿将导致过高的、不稳定的频率读数。[img=,378,240]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281517366706_1103_3859729_3.jpg!w378x240.jpg[/img]大量传感器输出调频信号,而不是调幅信号。比如用于测量转动和流体流速的传感器,通常属于这一类。光电倍增管(photomultiplier tubes)和带电粒子探测器(charged-particle detectors)常用于测量领域,并输出频率信号。原则上,这些信号也可以用AD采集,但这个方法将产生大量冗余数据,使得分析工作难以进行。直接进行频率测量效率则高得多。频率 - 电压转换数据采集系统可通过多种途径测量频率:对连续的AC信号或脉冲序列做积分,产生与频率成比例关系的DC电压,或用AD将交流电压转换成二进制的数字信号,或对数字脉冲计数。[img=,382,294]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281517493299_2073_3859729_3.jpg!w382x294.jpg[/img]脉冲序列积分一种常见的用于单通道的转换技术,模块化的信号调节:对输入脉冲做积分,并输出与频率成比例的电压信号。首先, AC信号经过一系列电容耦合,滤除超低频和DC分量,此输入信号每次经过零点,比较器产生一个恒定宽度的脉冲,脉冲再经过积分电路,如低通滤波器,然后输出一个变化缓慢的信号,信号电压将正比于输入信号频率(见图11.08)。[img=,387,297]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281518092778_237_3859729_3.jpg!w387x297.jpg[/img]频压转换器的响应时间比较慢,约为低通滤波器截止频率的倒数。截止频率必须远低于待测信号频率,又要足够高,以保证所需的响应时间。若待测信号频率接近于截止频率,明显的纹波将会成为一个严重的问题,如图11.09所示。[img=,379,238]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281518237403_2408_3859729_3.jpg!w379x238.jpg[/img]外部电容决定了专用频压转换的IC时间常数,使得电路可测量较宽频率范围内的信号,但频率改变时,电容也必须随之改变。不幸的是,这种频压转换器在频率低于100Hz时,表现得很差,因为截止频率低于10Hz的低通滤波器需要超级电容器。数字脉冲计数另一种用于测量数字脉冲或AC耦合模拟信号频率的技术。可输出正比于输入信号频率的DC电压,类似上面提到的积分法,只不过这里的DC电压来源于DAC。前端电路将输入的模拟或数字信号转换成纯净的脉冲序列,使其在进入DAC之前,不会带有来自继电器的毛刺,高频噪声以及其他多余信号(见图11.10)。[img=,554,257]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/05/201905281518331462_5120_3859729_3.jpg!w554x257.jpg[/img]举例来说,一个标准的带有频率输入的数据采集卡,模拟输入通道前置低通滤波器,截止频率可设置为100kHz、300Hz或30Hz,测频范围1Hz至100kHz,信号峰峰值50mV至80V。数字输入部分直流耦合至TTL电平的施密特触发器,可测量0.001Hz至950kHz,±15VDC的信号。采集卡通常具有上拉电阻,用于继电器或开关应用。微控制器准确测量几个脉冲的周期之和,频率分辨率取决于用户可配置的最小脉冲宽度。从测得的周期数据中可换算出频率,再根据频率值,控制DAC向数据采集系统输出相应的模拟信号,信号流入DC调理电路,最后,软件再将此电压转换成频率值。这种方法可以测量幅值和频率范围很宽的信号,且响应迅速。程序可控的频率量程可以最佳匹配ADC的量程,提高测量性能。DAC输出范围±5V,用户配置的最低频率对应-5V,最高频率对应+5V。实际上,用户可任意配置频带范围,如500Hz-10kHz、59.5Hz-60.5Hz。但ADC固定为12位分辨率,不管频宽如何,-5V至+5V的电压都会被按比例划分为4096个等级,所以设置的频宽越窄,频率分辨率越高。例如1Hz的频宽划分为4096份,分辨率高达1/4096Hz(0.00244Hz),而100Hz的频宽,分辨率则降至24.41Hz。虽然不同量程下,分辨率都是固定的12位,但测量速度却有所不同。从1Hz至自定义的频率上限,电压转换时间2至4ms,最长不超过输入信号的周期。0至10kHz范围内的信号,更新速率2至4ms;0至60Hz,则需要16.6ms。随着输入量程越来越窄,例如49至51Hz,12位分辨率去处理2Hz的带宽,消耗时间越来越长,转换时间大约59ms。除了低通滤波器,内置的迟滞功能也可防止由于高频噪声导致的错误计数。去抖时间可被软件配置为0.6ms至10ms,用于处理机电设备,如开关、继电器等切换状态时会产生毛刺的设备。基于门控脉冲计数的频率测量门控脉冲计数相对于频压转换法精准度更高。门控脉冲计数法记录在指定时间内出现的脉冲个数,除以计数时间即频率值,频率误差可以低至计数时间的倒数,例如以2s作为计数时间,频率误差低至0.5Hz。许多数据采集系统包含TTL电平兼容的计数器/定时器IC,可以产生门控脉冲、测量数字输入,然而并不适用于未经调理的模拟信号。所幸多数频率输出设备可以输出TTL电平。有些产品上的一个计数器/定时器IC,包含了5个计数器/定时器,而且通常使用数据采集系统的内部晶振,或外部晶振。这些IC通常使用多个通道配合完成计数功能,每路通道都包含一个输入部分,一个门控部分和一个输出部分。最简单的计数只需使用输入部分,PC以一定的周期读取计数值并复位计数器,这种方法的不足之处是读取周期不确定,函数执行过程中突然出现的情况可能随时启动或停止计数。另外,延时函数,例如延时50ms,依赖于不精确的软件定时器。这两点原因致使计数时间较短的频率测量毫无意义,但是,这种技术足以应对计数时间超过1秒的频率测量。门控信号控制着计数时间,所以改变门控信号可以获得更高的精准度。这样,频率测量就变得与软件方面的时间问题无关。可以配置门控信号,在其高电平时才进行脉冲计数。同样的,也可以配置成在检测到一个脉冲时开始计数,检测到另一个脉冲时停止计数。这种方法的一个缺点是需要额外的计数器用于控制。但在多通道频率采集的应用中,一个计数器可以控制多个通道。例如在5个通道的系统中,4通道用于计数,1通道用于控制。计时应用计数器/定时器同样可用于需要计时/定时的应用场合。将连接至输入通道的时钟信号作为门控信号是不错的选择,当信号为高电平时,使能计数。同样的方法可用于测量两个脉冲之间的时间间隔,只需配置成在第一个脉冲到来时开始计数,下一个脉冲到来时停止计数。由于16位计数器在计数到65535时,即将发生溢出,所以以1MHz的时钟频率计数时,可测脉宽不超过65.535ms,更宽的脉冲将会导致计数器溢出,除非降低时钟频率。如需了解更多内容请关注嘉兆科技嘉兆公司拥有40年测试测量行业经验,专业的销售、技术、服务团队,在众多领域都非常出色,包括:通用微波/射频测试、无线通信测试、数据采集记录与分析、振动与噪声分析、电磁兼容测试、汽车安全测试、精密可编程测量电源、微波/射频元器件、传感器等,并分别在深圳、北京、上海、武汉、西安、沈阳、珠海、成都设有全资分公司、生产工厂、办事处。
[b]导读:[/b]中智科仪(北京)科技有限公司最近成功自主研发出STC810八通道数字延迟脉冲发生器,该产品以10ps延迟精度和35ps超低抖动性能脱颖而出,打破了国外技术垄断,为我国高端科研仪器自主创新树立了里程碑。STC810拥有8个独立高精度延时通道,采用了软件、触屏和旋钮操控模式相结合,同时配备多功能接口以适应多元化需求。这一技术突破填补了国内关键设备空白,极大提振了我国自主创新信心。STC810的成功为我国科技自主发展树立了榜样,鼓舞着更多企业积极从事科技创新,共同推动我国科研装备产业向更高层次迈进。[b]正文:[/b]在当前信息化、智能化社会中,精准的时间和信号控制技术作为众多高科技领域发展的基石,在通信、雷达探测、医学成像等重要应用中发挥着不可或缺的作用。然而,在我国市场上,高端数字延时脉冲发生器这一关键设备长期以来被美国厂家的数字延迟脉冲发生器所主导。虽然国内部分企业也投入研发同类型产品,但在核心技术指标上,如延时精度与外触发抖动等方面仍难以达到与该厂家相媲美的水平。然而,为打破国际垄断局面,实现高端数字仪器设备国产化替代的目标,中智科仪(北京)科技有限公司的研发团队历经艰辛攻关,成功推出了自主研发的台式数字延迟脉冲发生器——STC810。这款专为科研工作者精心打造的产品,在性能和人机交互体验方面都取得了显著的进展。中智科仪自主研发的STC810八通道数字延迟脉冲发生器,内置八个独立可调延时输出通道,使用户能够轻松灵活地调节延迟时间、脉冲宽度以及频率等多种参数,以满足多元化应用场景需求。在核心性能方面,STC810以卓越的10ps延时精度挑战,同时将外触发抖动降低至35ps,达到了国际一流水准,充分体现了我国在该领域的自主研发实力和技术进步。STC810摒弃了传统的数码管显示模式,采用了先进的彩色触摸屏界面设计,大大提升了操作便捷性和直观性,使得实验过程中的参数设置更为高效、准确。通过自主研发的智能软件控制系统,STC810进一步简化了实验操作流程,无论是调整延迟、设置脉冲宽度还是频率,都能迅速响应,从而极大地提高了科研工作的效率。值得一提的是,STC810还具备分频处理功能,能在外部触发模式下实现70纳秒内的超短内置延迟,并支持低至0.25V的触发阈值,兼容上升沿和下降沿触发,同时适应高阻抗和低阻抗环境下的稳定运行。通过多功能输出端口的设计,确保了STC810能够在各种复杂的应用场景下发挥出色作用,真正实现了与国际标准比肩的精准同步延时能力。为了全面剖析“STC810”八通道数字延迟脉冲发生器的研发历程、技术创新及市场前景,我们特意与中智科仪(北京)科技有限公司的研发部负责人进行了一场深度对话,共同探讨了国产同类产品目前所遭遇的挑战以及蕴含的发展机遇。通过深入挖掘“STC810”的研发故事及其关键技术突破,我们揭示了这款产品如何成功应对国际竞争压力,实现对高端市场的突破,并为我国科研领域的自主可控提供了强有力的支撑,同时也展示了国产科学仪器在追求卓越性能与便捷操控上的不懈努力与创新成果。[b][color=#ff0000]以下视频链接是与研发负责人探讨STC810数字延迟发生器发展历程与背后故事的对话:[/color][/b][color=#ff6428][/color][align=center][img]https://5-img.bokecc.com/comimage/D9180EE599D5BD46/2024-02-26/80AAE928A6F7E3C83F35109F9F77F2A8-1.jpg[/img][/align][back=url(&][/back][font=Arial, Helvetica, sans-serif][size=12px][color=#ffffff]00:00[/color][/size][/font][font=Arial, Helvetica, sans-serif][size=12px][color=#ffffff]/[/color][/size][/font][font=Arial, Helvetica, sans-serif][size=12px][color=#ffffff]05:50[/color][/size][/font][back=url(&]B[/back][font=web][size=24px][color=#ffffff]T[/color][/size][/font][size=12px][color=#dddddd][back=rgba(51, 51, 51, 0.5)]高清[/back][/color][/size][size=12px][color=#dddddd][back=rgba(51, 51, 51, 0.5)]正常[/back][/color][/size][font=&]以下链接是华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室借助中智科仪STC810数字延迟脉冲发生器用于等离子体诊断的时序系统控制的应用分享的文章:[/font][url=https://www.cis-systems.com/newsinfo/6601160.html]STC810数字延迟脉冲发生器用于等离子体诊断的时序系统控制-中智科仪(北京)科技有限公司 (cis-systems.com)[/url][font=&]以下链接是上海交通大学航空航天学院光学精细成像实验室借助中智科仪STC810数字延迟脉冲发生器用于测试激光器触发与火焰动态拍摄的应用分享的文章:[/font][url=https://www.cis-systems.com/newsinfo/6795239.html]STC810八通道数字延迟脉冲发生器用于激光同步触发与火焰动态拍摄-中智科仪(北京)科技有限公司 (cis-systems.com)[/url][b]结论[/b]:通过深入听取研发工程师对STC810数字延迟脉冲发生器从最初构思到最终实现的全程回顾,以及分享的产品在开发过程中所遭遇的各种技术难关及其克服经历,结合当前我国高端设备自主研发所面临的挑战与机遇,我们有充分理由认为,国产数字延迟脉冲发生器未来的发展路径将尤为强调核心技术的自主突破、市场疆域的有力拓展和应用领域的深层次挖掘,具体体现在以下几个核心层面:1. 核心技术自主可控: 持续投入研发,提升脉冲产生、精确延时等关键技术的自主研发能力,实现核心部件和整机系统的全面自主可控。2. 高性能产品持续创新: 瞄准国际先进水平,研制更高精度、更稳定、更具灵活性和智能化的新型数字延迟脉冲发生器产品,满足不同行业领域对精密时序控制的高端需求。3. 应用场景不断拓宽: 不断探索并进入新的应用场景,如量子计算、超快激光、高速通信、粒子加速器等领域,提供定制化解决方案和服务。4. 市场竞争力增强: 通过技术创新与品质升级,提高国产设备在国内外市场的份额和影响力,积极参与国际竞争,树立国产品牌形象。5. 产学研深度融合: 加强与高校、科研院所及产业界的协同合作,推动科技成果快速转化,共同构建完善的产业链条,支撑行业的长远健康发展。[来源:仪器信息网] 未经授权不得转载[align=right][/align]
在Bruker仪器上如何测试C13 90度脉冲?如果测定C13 90度脉冲,在Bruker仪器上,需要用DECP90脉冲序列,用什么样品?是80%苯/丙酮-D。我想知道测试的具体步骤?越简单越好!