スの絶縁およびデジタルアイソ レータ
USB-6215/6216/6218デバイスは、絶縁されたデータ集録デバイスです。
図 9-1で示されるように、アナログ入力、アナログ出力、カウンタ、PFI/
スタティックDI、PFI/スタティックDO回路1、およびデジタル経路設定 とクロック生成は、絶縁接地を基準とします。
図 9-1 USB-6215/6216/6218のブロック図
1 USB-6216デバイスには、PFI/スタティックDIO回路があります。
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バスインタフェース回路は、非絶縁接地を基準とします。以下の表には、
接地記号が記載されています。
非絶縁接地は、PCのシャーシグランドに接続されています。
各絶縁接地は、PCのシャーシグランドに接続されていません。絶縁接地 の電圧は非絶縁接地と比較すると若干異なる場合があります。すべてのア ナログ測定は、絶縁接地を基準とします。
絶縁接地はUSB-6215/6216/6218デバイスの入力です。この接地は、測 定または制御されるシステムのグランドに必ず接続してください。詳細に ついては、以下を参照してください。
• 第 4章、「アナログ入力」の「USB-6215/6216/6218デバイスのアナ ログ入力信号を接続する」セクション
• 第 5章、「アナログ出力」の「アナログ出力信号を接続する」セク ション
• 第 6章、「デジタルI/O」の「USB-6210/6211/6215/6218デバイス にデジタルI/O信号を接続する」セクションまたは
「USB-6212/6216デバイスにデジタルI/O信号を接続する」セクショ ン
• 第 7章、「PFI」の「PFI入力信号を接続する」セクション
デジタル絶縁
USB-6215/6216/6218デバイスはデジタルアイソレータを使用します。
アナログアイソレータとは異なり、デジタルアイソレータではデバイスに よる測定にアナログエラーが発生しません。アナログ入力に使用される A/D変換器は、デバイスの絶縁側にあります。アナログ入力は絶縁バリ アを超えて送信される前にデジタル化されます。同様に、アナログ出力に 使用されるD/A変換器は、デバイスの絶縁側にあります。
接地タイプ 記号
絶縁接地
非絶縁接地
絶縁 DAQ デバイスの利点
絶縁を行うことにより、大きなコモンモード電圧が存在する場合でも、小 さな信号を安全に測定することができます。絶縁のいくつかの利点が以下 に示されています。
• 除去の向上—絶縁により、コモンモード電圧を除去するための測定 システムの能力が向上します。コモンモード電圧とは、測定される信 号の一部ではなく、測定デバイスの正極入力および負極入力の両方に 存在または「共通」する信号のことです。
• 確度の向上—絶縁により、物理的にグランドループを回避すること によって、測定の確度が向上します。グランドループは、エラーとノ イズの一般的な原因であり、測定システムが異なる電位で複数のグラ ンドを持つ場合に発生します。
• 安全性の向上—絶縁バリアを使用することにより、大きな過度電圧 スパイクからUSBホストコンピュータを保護しながら浮動測定を行 うことができます。
コモンモードノイズを減らす
絶縁製品は、非絶縁側から絶縁側に電力を供給するために絶縁電源を必要 とします。絶縁電源は、高速トランジスタを持つ変圧器を介して電圧を変 換することによって動作します。変圧器を介して電圧を変換すると、各ス イッチのサイクルで起こるスイッチング電力供給での寄生キャパシタンス およびインダクタンスの充電および放電が起こり、高速電流が絶縁側を流 れ、アースでもある非絶縁側に戻るという結果になります。
これらの寄生電流は寄生抵抗および非寄生抵抗と接触するため、電圧スパ イクが発生します。これらの電圧スパイクはコモンモードノイズと呼ば れ、グランドを通過するノイズのソースでもあり、グランドと、AI、 AO、およびデジタル信号などの接地基準信号の両方に共通します。コモ ンモードノイズは、スイッチング電力供給の周波数の調和で見られ、シス テムの設定によっては測定に悪影響を与える場合があります。
一部のタスクを実行することで、コモンモードノイズを減らすことが可能 です。
• フロントコネクタAI GNDから信号ソースグランドへ適切に接続す ることにより、コモンモードノイズを減らすことができます。抵抗の 少ないケーブルおよび接続を使用し、すべてのグランド接続が短いこ とを確認します。接続数は最小限に抑えてください。デバイスの絶縁 接地がアースに再度接続されている場合は、この接続が可能な限り直 接的であることを確認します。
• 可能な場合は、ソースインピーダンスを減らします。寄生電流はこれ らのインピーダンスと反応します。
AC 帰還路を作成する
注意 キャパシタを追加すると、USB-6215/6216/6218デバイスの耐電圧および絶縁の 仕様が低下します。耐電圧は、測定システムを調整した後に、認可された試験 施設で必ず再テストしてください。
絶縁システム
完全な絶縁測定システムは、デバイスの絶縁フロントエンドがアースに再 度接続されていないシステムです。
高電圧キャパシタをボードの絶縁接地とアースの間に接続するで、AC帰 還路パスをデバイスの絶縁接地からアースに作成します。キャパシタの電 圧定格は、絶縁接地とアース間の電圧低下よりも大きい必要があります。
非絶縁システム
非絶縁測定システムは、デバイスの絶縁フロントエンドがアースに接続さ れているシステムです。
デバイス絶縁接地からアースへのAC帰還路を追加します。非絶縁シス テムの場合、AC帰還路は高インピーダンスまたはソースインピーダンス のみに必要です。AC帰還路は、デバイスの絶縁接地とアース間にキャパ シタを接続することで作成できます。
デジタル経路設定とクロック生成 10
デジタル経路設定回路は、以下の主な役割を果たします。
• バスインタフェースと集録/生成サブシステム（アナログI/O、デジ タルI/O、カウンタ）の間のデータの流れを制御します。デジタル経 路設定回路は、可能であればFIFOを各サブシステムで使用して効率 的にデータを移動します。
• タイミング信号と制御信号の経路設定をします。集録/生成サブシス テムは、これらの信号によって集録と生成を制御します。これらの信 号は次のソースから受け入れることができます。
– USB-621x デバイス
– PFI端子を介するユーザの入力
• USB-621x デバイスでメインクロック信号の経路設定し、生成します。
80 MHz タイムベース
80 MHzタイムベースは、32ビット汎用カウンタ/タイマへのソース入
力として使用できます。80 MHzタイムベースはオンボード発振器から生 成されます。
20 MHz タイムベース
20 MHzタイムベースは、通常、さまざまなAI/AOタイミング信号を生
成します。20 MHzタイムベースは、32ビット汎用カウンタ/タイマへ のソース入力としても使用できます。20 MHzタイムベースは、80 MHz タイムベースを分周して生成されます。
100 kHz タイムベース
100 kHzタイムベースは、さまざまなAI/AOタイミング信号の生成に使
用できます。100 kHzタイムベースは、32ビット汎用カウンタ/タイマ へのソース入力としても使用できます。100 kHzタイムベースは、
20 MHzタイムベースを200で分周して生成されます。
バスインタフェース 11
USB-621x デバイスのバスインタフェース回路は、ホストメモリと測定/
集録回路間のデータを効率的に移動します。
すべてのUSB-621x デバイスは完全なプラグアンドプレイ操作ができるよ
うにジャンパがありません。オペレーティングシステムが、ベースアドレ ス、割り込みレベル、およびその他のリソースを自動的に割り当てます。
USB-621x デバイスは、USB-STC2の技術を取り込み、ハイスピードUSB
インタフェースを実現しています。
USB 信号ストリーム
USB-621x デバイスには、データブロックを高性能に転送するため、4つ
の完全に独立したUSB信号ストリームが搭載されています。USB信号ス トリーム1つを各測定と集録ブロックに使用できます。
• アナログ入力
• アナログ出力
• Counter 0
• Counter 1
データの転送方法
USBバスを介してデータを転送するには、主に以下の2つの方法があり ます。
• USB信号ストリーム—NIデバイス上のマイクロコントローラの介入 なしで、USBバルク転送を使用して、デバイスとコンピュータのメ モリの間でデータを転送する方法です。NIは、高速な処理能力の実 現、そしてUSBデバイスでのシステム稼働率の向上のために、USB 信号ストリームハードウェアおよびソフトウェアの技術を使用してい ます。
• プログラムI/O—ユーザのプログラムがデータの転送を行うデータ 転送方法です。プログラムにおける読み取りまたは書き込みの各呼び 出しにより、データ転送が開始されます。プログラムI/Oは、ソフ トウェアタイミング（オンデマンド）操作に通常使用されます。詳細