Cadencement source et de mesure - SMU PXI-4130

Cette section explique les considérations liées au cadencement pour la programmation de la sortie de la SMU PXI-4130. Vous découvrirez comment des mises à jour rapides peuvent se produire et comment les VI Configurer dans NI-DCPower fonctionnent.

Quatre VIs existants peuvent être utilisés pour programmer la tension ou le courant. Il s’agit des VIs suivants : VI Configurer le niveau de tension, VI Configurer la limite de courant, VI Configurer le niveau de courant et VI Configurer la limite de tension. Les deux premiers VIs sont uniquement applicables si la fonction de sortie Tension CC est sélectionnée, et les deux derniers ne sont applicables que si la fonction de sortie Courant CC est sélectionnée. La fonction de sortie est définie à l’aide du VI Configurer la fonction de sortie. Reportez-vous au fichier d’aide NI-DCPower pour en savoir plus sur la programmation de sortie.

Les VIs Configurer peuvent être appelés consécutivement dans une boucle pour atteindre la fréquence de mise à jour la plus rapide possible. Le matériel peut accepter une nouvelle commande de mise à jour toutes les 333 μs, ce qui permet d’obtenir une fréquence de mise à jour continue maximale de 3 kHz. Par exemple, si vous souhaitez effectuer un balayage de tension, vous pouvez appeler le VI Configurer le niveau de tension de manière répétée dans une boucle. La fréquence la plus rapide à laquelle la boucle peut s’exécuter est de 3 kHz, même si le logiciel peut être plus rapide, car chaque nouvelle commande de mise à jour doit être espacée d’au moins 333 μs de la précédente. La figure suivante présente le codage d’une telle boucle dans LabVIEW.

Figure 1 : Appel du VI Configurer le niveau de tension à la fréquence maximale.

Le tableau suivant présente les durées de traitement des différents changements de configuration possibles sur la voie 1 de la SMU PXI-4130.

La première colonne indique la durée maximale nécessaire pour qu’un changement spécifique commence à affecter la sortie. Cette durée est mesurée à partir du moment où le VI Configurer termine de reconfigurer le matériel et s’étend au-delà du point auquel l’exécution est renvoyée au programme utilisateur.

La deuxième colonne indique la fréquence de mise à jour continue maximale. Ces fréquences s’appliquent aux mises à jour dans une boucle qui s’exécute en continu. Reportez-vous à la section Vitesse logicielle pour en savoir plus sur cette fréquence maximale.

Bien que vous puissiez mettre à jour la sortie en continu à une fréquence de 3 kHz, cela ne signifie pas que la sortie se stabilisera dans la période de 333 μs. Cela peut prendre beaucoup plus de temps en fonction de vos conditions de charge. Reportez-vous aux spécifications du système NI PXI-4130 et à l’article Considérations de charge pour les alimentations CC programmables et les sources CC de précision pour en savoir plus sur la détermination du temps de stabilisation de sortie.

Changer la gamme de limite ou de niveau de courant prend plus de temps que les autres opérations. Il est important de noter que la gamme de sortie peut changer implicitement lorsque vous modifiez la valeur de sortie si la propriété Autorange (Gamme automatique) correspondante pour cette valeur de sortie est définie sur True (Vrai). Par exemple, la gamme de limite de courant peut être changée implicitement lorsque vous modifiez la limite de courant si la propriété Current Limit Autorange (Gamme automatique de limite de courant) niDCPower est définie sur True (Vrai).

Changer le niveau de tension ou de courant prend plus de temps que la normale si la polarité (signe) du niveau est modifiée. Par exemple, changer le niveau de tension de -5 à 10 V prend plus de temps que de le faire passer de 5 à 10 V.

NI-DCPower fournit deux VIs qui peuvent être utilisés pour effectuer des mesures. Le premier VI est niDCPower Mesure. Ce VI peut être utilisé pour obtenir une seule mesure de tension ou de courant pour une voie unique. Le deuxième VI est niDCPower Mesure multiple. Ce VI peut être utilisé pour obtenir des mesures de tension et de courant d’une ou de plusieurs voies simultanément.

Le VI niDCPower Mesure multiple offre de meilleures performances que le VI niDCPower Mesure si une mesure de tension et de courant sont nécessaires ou si vous mesurez plusieurs voies. Cependant, si vous n’avez besoin que d’une seule mesure, le VI Mesure présente de meilleures performances.

Le système PXI-4130 mesure en continu la tension et le courant sur l’ensemble des voies toutes les 333 μs pour générer une fréquence d’échantillonnage de 3 kÉch./s.  Les propriétés Samples to Average (Échantillons utilisés pour la moyenne) et Reset Average Before Measurement (Réinitialiser la moyenne avant mesure) peuvent être utilisées pour contrôler la manière dont ces mesures sont utilisées et affichées dans des rapports par le VI Mesure et le VI Mesure multiple.

Moyenne des mesures

Le système PXI-4130 peut calculer la moyenne des échantillons de mesure pour réduire le bruit et améliorer la sensibilité. L’instrument effectue la moyenne d’un nombre fixe d’échantillons acquis à une vitesse de 3 kÉch./s. Vous pouvez définir le nombre d’échantillons à utiliser pour la moyenne par programmation à l’aide de la propriété niDCPower Samples to Average (Échantillons utilisés pour la moyenne). Lorsque l’un des VIs de mesure est appelé, une moyenne des mesures est renvoyée.

La SMU PXI-4130 utilise un schéma de moyennage simple. Il ne s’agit pas d’une moyenne mobile. Chaque fois que l’instrument collecte le nombre fixe d’échantillons à utiliser, il génère la moyenne et supprime les échantillons. L’instrument commence alors à acquérir l’ensemble d’échantillons suivant pour la prochaine moyenne de mesures.

Propriété Réinitialiser la moyenne avant mesure

Vous pouvez utiliser la propriété Reset Average Before Measurement (Réinitialiser la moyenne avant mesure) pour contrôler le moment auquel les échantillons utilisés pour la moyenne sont acquis.

Si la propriété est définie sur False (Faux), l’instrument acquiert des mesures en continu et en fait la moyenne. Lorsque vous appelez le VI niDCPower Mesure ou le VI niDCPower Mesure multiple, la dernière moyenne de mesures est renvoyée. Cela signifie que les échantillons utilisés pour obtenir cette moyenne ont été acquis avant même que vous n’ayez appelé ce VI. Utilisez ce paramètre pour obtenir les meilleures performances possible, car il permet à l’instrument d’acquérir des échantillons pendant que votre application est occupée à exécuter une autre tâche.

Si la propriété est définie sur True (Vrai), NI-DCPower supprime les échantillons précédents et la moyenne précédente, puis commence à acquérir un nouvel ensemble d’échantillons pour la moyenne suivante.

Par conséquent, pour vous assurer que la mesure renvoyée par le VI niDCPower Mesure ou le VI niDCPower Mesure multiple est composée d’échantillons collectés après l’appel du VI, définissez la propriété Reset Average Before Measurement (Réinitialiser la moyenne avant mesure) sur True (Vrai). Il s’agit du paramètre par défaut.

Fréquence de mesure logicielle

La fréquence de mesure logicielle correspond à la vitesse la plus rapide à laquelle une application utilisant NI-DCPower peut acquérir des mesures. Cette fréquence est déterminée par deux facteurs. Le premier facteur est la fréquence d’échantillonnage fixe du système PXI-4130, qui est de 3 kÉch./s. Le second facteur est le nombre d’échantillons à utiliser pour la moyenne défini par la propriété niDCPower Samples to Average (Échantillons à utiliser pour la moyenne). Il s’agit de la fréquence maximale à laquelle la boucle LV suivante s’exécute.

Figure 2 : Appel du VI Mesure multiple à la fréquence maximale.

La valeur par défaut de la propriété niDCPower Samples to Average (Échantillons à utiliser pour la moyenne) et de l’attribut NIDCPOWER_ATTR_SAMPLES_TO_AVERAGE est 10. Comme exprimé dans l’équation suivante, la fréquence de mesure logicielle la plus rapide possible est de 300 mesures par seconde en utilisant la valeur par défaut.

Si aucun moyennage de mesure n’est utilisé (échantillons à utiliser pour la moyenne = 1), la fréquence de mesure logicielle la plus rapide possible est de 3 000 mesures par seconde.

Bien que la mesure sans moyennage produise la fréquence de mesure la plus rapide, le bruit de l’environnement (par exemple, bruit de 50 ou 60 Hz introduit par le câblage) augmente l’incertitude de mesure. Ajustez la propriété niDCPower Samples to Average (Échantillons à utiliser pour la moyenne) ou l’attribut NIDCPOWER_ATTR_SAMPLES_TO_AVERAGE si nécessaire pour optimiser les performances liées au bruit et la fréquence de mesure de votre application.

Pour en savoir plus sur l’élimination du bruit, reportez-vous au fichier d’aide Alimentation et SMU NI-DCPower.

Les deux premières sections décrivent la fréquence de mise à jour maximale et la fréquence de mesure maximale. Nous avons seulement abordé ces fréquences en termes de maximum matériel. Cependant, pour atteindre la fréquence maximale, le logiciel d’application doit s’exécuter suffisamment vite pour suivre le rythme du matériel.

Le tableau suivant présente la vitesse d’exécution type des VIs critiques de NI-DCPower. Ces chiffres montrent que le logiciel est capable de suivre la fréquence maximale du système PXI-4130 sur la plupart des PC modernes. Par conséquent, tant que le cœur du processeur exécutant l’application NI-DCPower est suffisamment rapide et n’est pas occupé par d’autres tâches, l’application devrait pouvoir exécuter la fréquence maximale de la SMU PXI-4130 de 3 kHz.

* Ces chiffres sont indiqués à titre de référence pour une machine équipée d’un processeur Intel® CoreTM2 Duo 1,86 GHz. Pour atteindre les fréquences de boucle maximales de 3 kHz mentionnées dans les deux sections précédentes, NI recommande l’utilisation d’un processeur multicœur.

Les deux sections précédentes ont présenté séparément le cadencement source et le cadencement de mesure. Cependant, le système NI PXI-4130 est particulièrement utile dans les opérations source-mesure.

Dans une boucle source-mesure typique, l’objectif est de générer une tension ou un courant, attendre que la sortie se stabilise, puis effectuer une mesure. Étant donné que vous vous appuyez sur le cadencement logiciel, la résolution minimale du timer se situe généralement dans la gamme de 1 ms. La figure suivante présente le codage d’une telle boucle source-délai-mesure.

Figure°3 : Implémentation d’une boucle source-délai-mesure.

La fréquence de boucle dépend en grande partie du temps de stabilisation avec lequel vous configurez la boucle.

Atteindre la fréquence de boucle source-mesure la plus élevée possible

Pour atteindre la fréquence de boucle source-mesure la plus élevée possible, vous ne pouvez pas utiliser de timers logiciels dans votre application. Votre boucle doit uniquement contenir la mise à jour (VI Configurer) puis la mesure (VI Mesure). En utilisant cette approche, vous pouvez obtenir une fréquence de boucle de 3 kHz si la propriété Samples to Average (Échantillons à utiliser pour la moyenne) est définie sur 1.

Cependant, étant donné que le VI Configurer sera renvoyé avant la mise à jour de la sortie de la SMU PXI-4130, la mesure ne correspondra pas à la valeur demandée pour la même itération de boucle. Il s’agira d’une mesure valide, mais qui correspond à la mise à jour ayant eu lieu il y a deux à quatre itérations de boucle. Par conséquent, vous devez prendre en compte au moins deux à quatre autres mesures après la sortie de la boucle et ajouter ces mesures à celles que vous obtenez dans la boucle.  De plus, il est recommandé d’utiliser le VI Mesure multiple, qui renvoie des mesures simultanées de tension et de courant (jusqu’à 250 μs d’intervalle) et d’utiliser ces mesures de tension et de courant pour tout traitement des données effectué après la boucle plutôt que de s’appuyer sur les entrées du VI Configurer.

Définissez la propriété Reset Average Before Measurement (Réinitialiser la moyenne avant mesure) sur False (Faux) pour obtenir de meilleures performances.

Cette fréquence de boucle diminue à mesure que vous augmentez le nombre d’échantillons à utiliser pour la moyenne.

La figure suivante présente le codage d’une telle boucle dans LabVIEW.

Figure 4 : Implémentation de la fréquence de boucle source-mesure la plus rapide.

Toute séquence ou tout balayage utilisant le système PXI-4130 doit être effectué dans le logiciel et cadencé par le logiciel. Le système PXI-4130 peut acquérir une nouvelle mesure de tension et de courant de 333 μs. Il peut également émettre une mise à jour toutes les 333 μs. Par conséquent, la fréquence de boucle source-mesure la plus rapide pouvant être atteinte est de 3 kHz. Cela est possible tant que votre machine est raisonnablement rapide avec une charge de travail minimale.