面向PXI-4130 源测量单元SMU的源定时与测量定时

测量速度在自动化测试系统中非常重要。具备快速输出和测量并且即时发送至受测设备的电压和电流的能力，可以通过减少测试过程中的瓶颈以，并提升吞吐量。本文介绍了软件定时与NI PXI-4130软件定时的的结合使用，以实现信号源、测量及其两者的结合使用。

源定时

本节阐述了关于编程控制PXI-4130的输出的定时考虑因素。它介绍了最快的更新速率以及配置VI如何控制NI-DCPower工作。

有四个VI可以用于编程控制电压或电流。它们是电压配置VI、电流限度配置VI、电流配置VI和电压限度配置VI。前两个VI仅当选择直流电压输出功能时可用，而后两个VI仅当选择直流电流输出功能时可用。输出功能通过配置输出功能VI设置。请查阅NI-DCPower帮助文件以获取关于如何编程来控制输出的更多信息。

配置VI可以在循环中被连续调用以达到最快的可能更新速率。硬件可以每333微秒接受一个新的更新命令，以支持3 kHz的最大连续更新速率。例如，如果您希望进行电压扫描，您可以在一个循环中重复调用电压配置VI。即使软件可以更快速地运行，该循环可以执行的最快速率还是3 kHz，因为每个新的更新命令必须与前一条命令至少间隔333微秒。下图展示了如何在LabVIEW中编码实现这样一个循环。

图1：以最大速率调用电压配置VI

下表显示了PXI-4130的通道1上不同的配置变化所对应的处理时间。

第一栏显示了一个特定改变生效所需要的最长时间。该时间包含从配置VI完成硬件的重新配置，持续到执行结束并返回至用户程序。

第二栏显示了最大的连续更新速率。这些速率用于一个连续运行循环中的更新。请查阅软件速率部分以获取关于该最大速率的更多信息。

配置改变	最长时间（微秒）	最大连续速率（Hz）
改变电压（具有相同的极性）	667	3000
改变电压（具有不同的极性）	1000	1500
改变电流限度	667	3000
改变电流（具有相同的极性）	667	3000
改变电流（具有不同的极性）	1000	1500
改变电压限度	667	1500
改变电压范围	667	1500
改变电流限度范围	4000	273
改变电流范围	4000	273
改变电压限度范围	667	1500

尽管您可以以3 kHz的速率连续更新输出，但这并不意味着该输出将在333微秒的周期内趋于稳定。它或许需要远远长于此的时间，具体时长取决于您的负载状况。请查阅NI PXI-4130规范和可编程的DC电源供应与精确直流源的负载考虑因素，以获取关于输出趋稳时间的确定的更多信息。

相比其他操作，改变电流限度范围或电流范围需要更长的时间。注意，当您改变输出值时，如果该输出值所对应的自动范围属性被设置为真，则输出范围可以被隐含地改变。例如，当您改变电流限度时，如果电流限度自动范围属性niDCPower被设置为真，该电流限度范围将会被隐含地改变。

在改变电压或电流时，如果电压或电流的极性（符号）发生改变，则需要更长的时间。例如，将电压从-5伏改变为10伏会需要比将其从5伏改变为10伏更长的时间。

测量定时

NI-DCPower提供了两个可用于进行测量的VI。第一个VI是niDCPower测量。该VI可用于获得仅单个通道的单个电压或电流的测量值。第二个VI是niDCPower多项测量。该VI可用于同时获得一个或多个通道的电压与电流的测量值。

当一个电压和一个电流同时需要测量或者多个通道需要测量时，多项测量提供了比niDCPower测量更好的性能。然而，如果您仅需要单个测量值，niDCPower测量则提供了更好的性能。

PXI-4130每隔333微秒（采样率为3 kS/s）持续测量所有通道上的电压与电流。采样平均属性和测量前的均值复位属性可以用于控制这些测量值使用和返回报告方式。

测量平均

PXI-4130可以对测量采样作平均处理以降低噪声并改善敏感度。该仪器可以对一定数量的以3 kS/s速率采集所得的采样进行平均处理。您可以利用niDCPower中的待平均的采样属性，设置采样的数目以编程控制平均处理。当这些测量VI之一被调用时，将返回到一个经平均处理的测量值。

PXI-4130使用了一个简单平均策略，这不是移动平均。无论何时该仪器收集到固定数量的采样，它可以生成平均值并丢弃这些采样。然后开始采集下一组采样以获得下一个平均测量值。

测量前的均值复位属性

您可以利用测量前的均值复位属性控制被采样平均的开始时间。

如果该属性被设置为假，该仪器持续采集测量值并对其作平均处理。当您调用niDCPower测量或niDCPower多项测量时，返回最后一个经平均处理的测量值。这意味着用于获得此平均值的采样在您调用该VI之前已经被采集。利用该设置获取可能达到的最佳性能，因为它可以支持该仪器在您的应用忙于处理其他事务的同时进行采样采集。

如果该属性被设置为真，则NI-DCPower丢弃之前的采样和之前的均值，并开始采集新一组采样以对其进行平均处理。

因此，为了确保niDCPower测量或niDCPower多项测量所返回的测量值是由您调用VI之后所采集的采样组成，请将测量前的均值复位属性设置为真。这是缺省设置。

软件测量速率

软件测量速率是采用NI-DCPower的应用能够达到的最快采集测量速率。该速率由两个因素决定。第一个因素是PXI-4130的固定采样率，即3 kS/s。第二个因素是由niDCPower待平均的采样数属性设定的待平均的采样数目。这是下列LV循环运行的最大速率。

图2  以最大速率调用多项测量VI

niDCPower待平均的采样属性和NIDCPOWER_ATTR_SAMPLES_TO_AVERAGE属性的缺省值均为10。正如下面等式所表述，利用缺省值时，最高的可能的软件测量速率是300次测量每秒。

如果没有使用测量平均（即待平均的采样属性为1），可能达到的最高软件测量速率是3000次测量每秒。

虽然未采用平均处理的测量可提供最快的测量速率，但是，环境噪声（例如，布线引入的50Hz或60Hz噪声）增加了测量的不确定性。为了优化您的应用的噪声性能和测量速率，您需要调整niDCPower待平均的采样属性和NIDCPOWER_ATTR_SAMPLES_TO_AVERAGE属性。

如欲了解关于噪声抑制的更多信息，敬请查阅NI DC电源供应和SMU帮助文件。

软件速率

前面两部分描述了最高更新速率和最高测量速率，这些仅仅是从硬件的最大极限的角度进行讨论。为了实现最大速率，应用的软件部分必须以足够快的速率运行，以便与硬件相匹配。

下表显示了NI-DCPower中时间关键的VI的典型执行速率。这些数字表明，在最现代的PC上，软件可以匹配PXI-4130的最大速率。因此，只要运行NI-DCPower应用的处理器核足够快并且没有忙于处理其他任务，该应用应当能够以PXI-4130的最大速率3 kHz运行。

VI	执行时间（微秒）
配置电压VI	120
配置电流限度VI	140
配置电流VI	125
配置电压限度VI	125
测量VI	120
多项测量VI（单通道）	185

*这些数据是在一个具有1.86 GHz Intel® Core™2双核处理器的机器上标定的。为了能够达到前面两部分所提及的最大循环速率3 kHz，NI推荐使用多核处理器。

源-测量定时

前面两部分分别讨论了源定时与测量定时。然而，NI PXI-4130在源-测量操作中最为有用。

在一个典型的源测量循环中，您希望的是能够提供一个电压或电流源，等待输出经过一定时间后趋于稳定，然后进行测量。由于您现在依赖于软件定时，因此在典型情况下，最小定时器精度是在1毫秒范围内。下图显示了如何编码实现这样一个源-时延-测量循环。

图3：如何实现一个源-时延-测量循环

该循环速率在很大程度上依赖于您为该循环配置的建立时间.

实现最高的可能的源-测量循环速率

为了实现最高的可能的源-测量循环速率，您不可以在应用中使用软件定时器。您的循环必须仅包含更新（配置VI）以及测量（测量VI）。通过这一方式，如果待平均的采样属性设置为1，您可以获得一个3 kHz的循环速率。

然而，由于该配置VI在PXI-4130输出被更新前将会返回，该测量值将不对应于同一个循环迭代所要求的值。它将是一个有效测量值，但对应于发生在其后2至4个循环迭代中的更新。因此，您应当在该循环生成后获得至少另外2至4个测量值，并将这些测量值附加在您从循环中所获得的测量结果之后。而且，我们建议使用返回同一时刻的电压和电流测量值（时间间距最大为250微秒）的多项测量VI，并将这些电压和电流测量值应用于您在循环之后进行的任何数据处理中，而不是依赖于配置VI的输入。

设置测量前复位均值属性为假，以得到更好的性能。

该循环速率将随着您提高待平均的采样的数量而下降。

下图显示了这样一个循环在LabVIEW中的编码实现。

图4：如何实现最快的源-测量循环速率

总结

任何利用PXI-4130的序列或扫描都必须通过软件执行，并利用软件实现定时。PXI-4130可以每隔333微秒采集一个新的电压和电流测量值。它也可以每隔333微秒发布一次更新。因此，可达到的最快的源-测量循环速率是3 kHz。只要您拥有一台适当快速的机器并具有最小的工作负载，这一点是完全有可能实现的。