6723 Glitch 现象解释和分析
硬件: Multifunction DAQ (MIO)
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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？
图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。
图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
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所属测试
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采样时钟
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输出信号峰值
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高频噪声周期（频率）
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高频噪声
峰峰值
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过零点毛刺幅值
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测试1
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800kHz
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1V
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1.200us(833.3kHz)
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77.60mV
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372.0mv
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测试2
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500kHz
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1V
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2.026us(493.58kHz)
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74.40mV
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386.0mv
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测试3
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800kHz
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50mV
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1.282us(780.03kHz)
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80.30mV
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438.8mv
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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
[2] What is Glitch Energy?
[3] What is Reglitching and How Do I Use it?
附件:
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报告日期: 01/12/2014
最近更新: 01/12/2014
文档编号: 6HBKEKQB