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Fünf ungewöhnliche Anwendungen für Datenerfassungsgeräte

FPGAs revolutionieren die Messdatenerfassung

16. Mai 2014, 16:31 Uhr | Brandon Treece, Product Manager for Embedded Systems, National Instruments

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Benutzerdefiniertes Timing und Triggern / Anwendung OptiMedica

Viele Datenerfassungsgeräte, auch die von NI, umfassen Triggerfunktionen, die für die meisten Anwendungen völlig ausreichen. Dabei handelt es sich z.B. um analoge oder digitale Start- oder Referenztrigger. Jedoch können die Trigger für gewöhnlich nur eingeschränkt individuell angepasst werden, weil die meisten Datenerfassungsgeräte mit ASICs arbeiten. Fälle, in denen ein anwenderdefinierter Trigger nicht mit ASIC-basierten Datenerfassungsgeräten realisierbar ist, sind beispielsweise: Der Trigger startet eine Erfassung, wenn auf zwei Digitalkanälen der Pegel ansteigt und ein Analogeingang ebenfalls einen bestimmten Grenzwert überschreitet, oder der Trigger soll für den Beginn der Erfassung auf eine bestimmte Anzahl digitaler Impulse warten. Solche Fälle brauchen eine andere Lösung.

Mithilfe der Hardware der R-Serie von NI können Trigger mit ganz individuellen Kriterien ausgestattet werden. Die Triggeroperationen werden mit äußerst geringer Latenz (bis zum Nanosekundenbereich) direkt auf der Hardware durchgeführt, was deutlich schneller ist, als dieselben benutzerdefinierten Operationen auf einem Host-PC zu implementieren und sich mit den damit verbundenen Busübertragungen auseinanderzusetzen.

Mit einem ASIC-basierten Datenerfassungsgerät steht oft nur eine Timing-Engine pro Subsystem zur Verfügung. Das bedeutet, dass alle I/O im Subsystem mit der maximalen erforderlichen Rate abgetastet und anschließend in der Software dezimiert werden. Das belegt jedoch, abhängig von der Größe eines Datensatzes, wertvolle Prozessorressourcen. Im Gegensatz dazu ist FPGA-Hardware vollständig parallel, so dass jeder Kanal mit seiner eigenen, unabhängigen Rate abgetastet werden kann. Geräte der R-Serie umfassen pro Kanal je einen dedizierten A/D- und D/A-Wandler. So sind Anwendungen mit mehreren Schleifen realisierbar, die mit derselben oder mit verschiedenen Raten ausgeführt werden. Mit einem herkömmlichen Multifunktions-Datenerfassungsgerät auf ASIC-Basis wäre das nicht möglich.

Aus der Praxis

Eine Laserkoagulation soll Patienten, die an einer durch Diabetes hervorgerufenen Netzhauterkrankung leiden, vor der Erblindung bewahren. Dabei wird die periphere Netzhaut mit gezielten Laserimpulsen kontrolliert zerstört. Der Augenarzt kann pro Sitzung nur einen Herd mit dem Laserstrahl zerstören, nötig wären allerdings bis zu 2000 Herde. OptiMedica hat dazu den Photokoagulator PASCAL entwickelt, ein vollständig integriertes System, mit dem mehrere Herde gleichzeitig in Form von Mustern appliziert werden können. PASCAL bedient sich zur Steuerung des gesamten Systems eines einzigen Gerätes der R-Serie. Mit der R-Serie und LabVIEW FPGA konnten die Mediziner Timing und Leistung jedes Laserimpulses hinsichtlich Geschwindigkeit und Präzision optimieren, während gesundes Gewebe erhalten bleibt und die Dauer der Behandlung sich massiv verkürzt.