数据采集卡实现超长信号平均功能

   到目前为止，工程师和科学家在进行信号平均时有三个基本的选择。其一是购买带有信号平均功能的数字示波器；其二是通过数字化仪卡将数字化数据发送至电脑，通过电脑的主机处理器完成信号平均；其三是通过购买专业的数字化仪，通过FPGA（现场可编程门阵列）技术实现板上信号平均功能。然而，当需要处理长信号的平均功能时，以上的三种技术都存在严重的局限性。

   数字示波器通常使用的是8位的模数转换器（ADC），限制了信噪比（SNR）的采集。此外，板上信号平均功能往往受到小型处理系统和内存的限制。高速数字化仪能够提供更高的ADC分辨率和更大的内存。然而，将数据传输至电脑通常会降低设备的采集速度。当进行数据传输和信号平均时，也需要依靠主机的处理器完成。最后，采用FPGA技术需要购买大型且昂贵的FPGA设备来实现信号平均。因此，基于FPGA的信号平均套件通常非常昂贵，且仅能处理有限的信号记录长度。

   相比之下，Spectrums仪器所推出的全新套件能够在实现超长波形信号平均的同时，为用户提供更加灵活的服务。该套件适用于Spectrum仪器旗下的M4i平台和中端M2p系列PCIe数字化仪产品。M4i系列产品的特点是在8位分辨率时的采样信号高达5 GS/s，在14位分辨率时达到500 MS/s，在16位分辨率时达到250 MS/s。虽然M2p卡提供的采样率在20 MS/s 到125 MS/s之间，但所有的分辨率均为16位，且每张卡最多实现8通道采集。因此，用户能够选择最符合其需求的最佳组合。由于数据是通过RDMA处理器直接导入GPU卡，其间的处理过程不受主机处理器干扰，因此几乎适用于任何长度的信号平均。

   举例来说，M4i.2220-x8 Spectrum仪器数字化仪能够在采样速率高达2.5 GS/s的情况下实现连续的信号平均。即使信号平均的长度仅为几秒也不会丢失任何事件。同样，具有14位分辨率的M4i.4451-x8数字化仪能够在450 MS/s的速率下，同时采集4个信号且达到相同的效果。数字化仪卡还包含灵活的触发，采集和读取模式，即使在触发率极高的频率下仍然能够实现卓越的信号平均功能。与需要最高性能的FPGA解决方案相比， GPU信号平均功能已经全速运行，即使入门级的GPU卡表现亦是如此。

   Spectrum仪器信号平均套件是SCAPP驱动包的一部分，其中包括RDMA扩展，使数字化仪所获取的数据能够传输至GPU。此外，该套件还包含一组数字化仪交互示例和用于基本信号平均功能的CUDA平行处理示例。示例包含时域块或分段求和平均（搭配噪声抑制方式）以及无间隙频域平均。全部软件都使用C / C ++语言，方便用户编程或修改。最重要的是，用户能够从测试阶段和优化并行处理开始获得即时的结果，并根据自身的平均算法进行自定义。该套件能够将RDMA直接传输到GPU，通过电脑的LINUX系统运行，或通过CPU传输至Windows系统运行。

   Spectrum仪器此次推出的全新信号平均处理套件适合从事低电平信号处理，或受到大量噪声干扰而丢失信号细节的专业人士。该产品覆盖的行业广泛，其中包括质谱、激光雷达、射电天文学、自动化、雷达、生物医学和声纳等领域。该系列产品现已全面上市，期待您的垂询。