6723 Glitch 现象解释和分析



硬件: Multifunction DAQ (MIO)

问题:

         DAQ板卡6723模拟输出电压有近80mv的干扰噪声,噪声频率接近采样时钟频率,输出波形过零点有近400mv的尖峰脉冲,实测结果如图1所示,出现这种现象的原因是什么?另外,当某一路硬件定时输出时,其余通道也能检测到噪声,原因是什么?

1 6723输出波形(左图峰值1V,右图峰值50mV



解答:

      接近采样时钟频率的噪声和波形过零点的尖峰脉冲都是由DAC转换产生的Glitch造成的[1]。通道间的耦合噪声也是由Glitch造成的。板卡说明书给出的参数 Glitch Energy Specification(尖峰脉冲能量定义)给出了标称值,如图2所示。

2 6723 Specification中的Glitch Energy参数

a)       Glitch是什么,出现的原因是什么?
解答:模拟转换器DAC采用连续量化的阶梯电压来表示最终的输出波形,当输出电压变化时就会产生瞬时冲击信号,参考下图,这些信号就是Glitch。数模电路之间的寄生电容大小会影响Glitch的大小。
图2 Glitch现象[2]
b)      由Glitch产生的干扰噪声的频率为什么近似采样时钟频率,而在输出波形过零点为什么有一个特别大的尖峰脉冲?
解答:硬件定时的模拟输出,在每一个采样时钟上升沿或下降沿时改变输出电压,而每当输出电压变化时就会产生glitch,最终,由glitch产生的噪声频率就接近采样时钟频率,实际测试结果如表1。当DAC转换的MSB位发生变化时,产生的glitch最大,而输出波形过零点正是DAC的MSB位发生改变的时刻,所以此时的尖峰脉冲最大,此时的尖峰脉冲幅值也是板卡手册中给出的标称值。
 
表1 6723测试结果对比

所属测试
采样时钟
输出信号峰值
高频噪声周期(频率)
高频噪声
峰峰值
过零点毛刺幅值
测试1
800kHz
1V
1.200us(833.3kHz)
77.60mV
372.0mv
测试2
500kHz
1V
2.026us(493.58kHz)
74.40mV
386.0mv
测试3
800kHz
50mV
1.282us(780.03kHz)
80.30mV
438.8mv

通过测试1和测试2,发现由glitch产生的噪声频率与采样时钟频率接近;
对比测试1和测试3,发现高频噪声的幅值与AO信号的幅值之间没有太大的关系。
 
c)       Glitch应该如何抑制,6723是否有抑制glitch的功能?
解答:DAC转换都会产生Glitch,为了得到理想的输出波形就必须采用抑制Glitch的方式。 常见有两种方法[1],第一种方法是添加抑制glitch的低通滤波器[3];另外一种是构建采样保持等抑制glitch的电路。6723是侧重多通道模拟输出的板卡,一共有32路模拟输出,并没有集成良好的glitch抑制电路,造成输出有400mv的glitch,通道之间也会受到100mv的glitch的影响。为了降低6723输出波形的干扰噪声,只能外部增加滤除glitch的低通滤波器。
d)      NI DAQ板卡中哪些有抑制glitch的功能?
解答:多功能DAQ板卡都有少数模拟输出通道,这些通道都集成了glitch抑制功能,M系列相应的 Glitch Energy在几十毫伏左右,如6289的Glitch Energy为15mv,X系列的6363在10nv。纯粹的模拟输出板卡有6711、6713、6722、6723和6733,其中6711和6713集成了glitch抑制电路,Glitch Energy为4mv,6722和6723则没有良好的glitch抑制能力,其Glitch Energy为400mv,而6733则有出色的glitch抑制能力,手册上并没有给出Glitch Energy参数,实测波形也非常理想。NI推荐使用 信号发生器 和 DSA 板卡来生成高精度的模拟输出波形。


相关链接:
[1] Reducing Glitches on the Analog Output of MIO DAQ Devices
http://digital.ni.com/public.nsf/websearch/9B13E25B0B0EC197862562B4007D2E33?OpenDocument
[2] What is Glitch Energy?
http://digital.ni.com/public.nsf/allkb/F1553EEAF787D5C486256CAE0069A323?OpenDocument
[3] What is Reglitching and How Do I Use it?
http://digital.ni.com/public.nsf/websearch/148DB1D40AA37B2D86256BDE005F772A?OpenDocument


附件:





报告日期: 01/12/2014
最近更新: 01/12/2014
文档编号: 6HBKEKQB