數據采集于外部時鐘及交握信號的探討

外部時鐘
　　對于數據采集卡來說，如同其它單芯片的應用，需要一個基本時鐘(time-base)來推動板卡上的控制芯片及模擬/數字轉換器的運作，此時鐘來自于卡片上的石英震蕩器，然后設計者依不同模擬/數字轉換器的特性，將此周期性的方波信號經由計數器(counter)模塊除頻后，成為模擬/數字轉換器的工作時脈，這也就決定了數據采集卡的取樣頻率(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，所以再經由計數器模塊除頻后，有可能無法達到使用者所需的特定頻率，因此，如果數據采集卡可提供支持外部時鐘的設計，將此時鐘直接作為轉換器的取樣周期，將會大大增加使用者在應用取樣頻率及更新頻率上的彈性。另外，支持外部時鐘的另一個用處是可以達成多個模塊對于同步的需求。
何謂同步
　　當兩個(或多個)設備一起工作并對時間有精確要求的時候，就需要在它們之間進行同步。同步是基于在兩個設備之間規定一個共同的時間參考，試想如果將不同音軌的音頻訊號分別錄在不同的磁帶機上，則必須將這兩個磁帶機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，這個過程就稱為同步。假使這兩個設備沒有進行同步，無論它們開始的時間多么一致，也會由于兩臺設備在機械結構的差異而產生時間漂移。同樣的，對于數據采集卡也是一樣的概念，甚至在要求上更為嚴格。而如何達到數據同步采集，最基本的要求就是不同模塊間要有相同的工作時脈與一致的觸發信號，而這個相同的時脈信號需來自于共同的外部儀器。下圖中的弦波是兩張數據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下得到完全重迭的波形。

(圖)同步與異步數據采集差異

　　在上圖中，當有效數據在緩沖存儲器中等待被輸出時，此時板卡上DOREQ的信號準位會被拉高，以通知接收端輸出數據已經被送出，當接收端收到數據時，則會產生DOACK的信號通知發送端數據已完成接收，發送端收到此一信號后，即將DOREQ準位拉低，并等待下一筆要輸出的數據，而不斷重復上述步驟，直到將所有數據輸出完成。所以當兩個支持交握信號的模塊在數據傳輸時，其正確的接線方式為將輸出端的ACK訊號線與輸入端的REQ訊號線相聯接，輸出端的REQ訊號線與輸入端的ACK訊號線相聯接。凌華科技的PCI-7300A高速數字I/O卡，支持外部時脈及完整的信號交握傳輸，其最高傳輸速度達 80MB/sec，數據長度可依使用者的需求設定為8、16、及32位，適用于高速量測環境之需求，如IC測試、高速數據交換、IC邏輯訊號量測等。
總結
　　在測控的應用上，觸發和同步及如何確保高速數據傳輸時之正確性是經常被大家所忽視，但卻同時又是一個測量及自動化平臺的一個關鍵因素。藉由以上的說明，希望能讓讀者在選購市面上資料采集卡時，能夠正確的了解到自己所需要的特點為何，并做有效的應用。