使用內部(PXI) 參考頻率，或使用者參考頻率進行TClk 運作的概述

所有設備以下列的方式進行同步化。請參閱圖 12 的計時圖表，了解取樣頻率的校準；圖 13 則說明觸發器的發送與接收。

1. 每部設備都設定1 個取樣頻率，并且設定為接收TClk觸發器。

2. NI-TClk 軟件根據取樣頻率與設備數目，來自動計算TClk 頻率，每部設備皆產生TClk (自該設備的取樣頻率而來)。

3. PXI 10 MHz 參考頻率(在PCI 環境中，則使用某一個設備的內建參考頻率) 發送至所有設備，鎖定所有設備的取樣頻率相位。

4. 每一部設備的取樣頻率相位皆鎖定于10 MHz 參考頻率，但是在這個階段中，并不一定和彼此同相(in phase)。

5. 一個稱為同步脈沖頻率(Sync Pulse Clock) 的時間信號，將通過PXI 觸發器總線(在PCI 適配卡上則通過RTSI 總線)，發送給所有頻率類似參考頻率的設備。10 MHz 參考頻率在此除了是參考頻率之外，也扮演同步脈沖頻率的角色。

6. 當PXI 觸發器總線(在PCI 適配卡上則為RTSI 總線) 上的同步脈沖頻率(10 MHz 參考頻率) 夠高時，即從其中一部設備產生同步脈沖。

7. 在收到同步脈沖時，每設備經過初始化，以尋找同步脈沖頻率的第一個正緣(rising edge)。

8. 在偵測到同步脈沖頻率的第一個正緣時，每部設備均程序設計為測量此正緣和TClk 設備第一個正緣之間的時間。所有設備均會測量這2 道正緣之間的時間。

9.所有設備上的TClk 測量結果，將比較另一個TClk 參考測量(NI-TClk 驅動程序會自動選擇其中一部設備)，而且所有設備的取樣頻率與TClk，均藉由調整所有設備上的相位DAC 輸出，以自動進行校準。

10. 在校準所有設備的取樣頻率之后，觸發器信號即從指定的主要設備，通過TClk 發送至其他所有設備。觸發器信號隨著主要設備的TClk 負緣發送，所有的設備都被設定于TClk 的下一個正緣時，啟動信號產生或采集。這個信號也通過PXI 觸發器總線(PCI 適配卡則通過RTSI 總線) 來發送。請參閱圖13。

T-Clock 同步化有2 項屬性可影響此方法：

•  同步脈沖的發送對于TClk 同步化而言極為重要。同步脈沖必須到達每一部設備，讓每一部設備在進行TClk 測量時，都尋找同步脈沖頻率的同一段正緣。偏斜(skew) 不能超過同步脈沖頻率的期間。只要同步脈沖頻率期間為100 ns，這個問題很容易就可以解決。TClk 同步化可輕易地從在一部機架內擴充到數10 部機架，因為每呎50 奧姆纜線的標準延遲是2 ns。

•  取樣頻率校準的正確性與同步脈沖頻率(參考頻率) 的偏斜息息相關。參閱圖12，則可看到2 部設備接收到的參考頻率均產生偏斜。假設已校準2 部設備的TClk 測量的同步脈沖頻率；2 個TClk 測量之間的差異用于移動取樣頻率，使之進行校準。同時在下一節中我們也可以看到，利用目前的技術，可以達到2 個層次的效能：實時效能與校正效能。

圖 12. 使用 TClk 校準取樣頻率的時間圖表。

圖 13. 使用 TClk 進行觸發器發送的時間圖表

概論：以用戶提供之外部取樣頻率進行TClk 作業

在這個圖表中，TClk 同步化不會校準各設備上的取樣頻率，因為是略過 PLL 回路，從外部提供取樣頻率。TClk 同步化確保啟動/停止觸發器的發送，使每一部設備都在同樣的取樣頻率邊緣開始及停止采集/產生信號。TClk 達成這項操作的方式是采用和以上所介紹的、從取樣頻率取得 TClk 以發送觸發器信號的相同方法。

在這里，正確的取樣頻率校準工作由你供應的取樣頻率來負責。為了確保最佳的效能，在取樣率高于 100 MS/s 時，應該使用同長度的纜線，從頻率來源連接至系統中的每一部設備，提供低抖動取樣頻率(小于 1 psrms)。

參閱圖13，可了解觸發器發送與接收的情形。

1. 每一部設備皆設定為接收TClk 觸發器與外部取樣頻率。

2. NI-TClk 自動根據取樣頻率與設備數量計算TClk 頻率。然后，各設備根據設備的取樣頻率產生TClk。

3. 觸發器信號使用TClk，從指定的主要設備發送至其他所有的設備；觸發器信號隨著主要設備的TClk 負緣發送，所有的設備都設定于TClk 的下一個正緣時啟動信號產生或采集。此信號也通過PXI 觸發器總線(PCI 適配卡則通過RTSI 總線) 來發送。請參閱圖 13。

九、TClk 技術的性能

實時性能

多部設備若要獲得穩定的同步化，可以將設備加入PXI 機架中，再使用NI-TClk 軟件來執行這些設備(請參閱圖14 的說明)。關鍵的軟件組件包括3 個VI/函式，而使用者必須設定其參數。

圖 14. 在多部任意波形發生器和示波器之間，使用 TClk 同步化的 LabVIEW 程序區──NI TClk 提供的3 個 VI/函式將設備同步化

在NI PXI-1042 機架中，TClk 同步化可于各設備間偏移低于1ns 的情況下，使各設備同步化。標準的偏移范圍在200 ps 至500 ps 之間。各設備之間的信道對信道抖動(jitter)，將受到設備的內蘊系統抖動影響。舉例來說，NI PXI-5421 為100 MS/s 取樣率，16位分辨率的AWG 系統總抖動量為2 psrms。由TClk 同步化的NI PXI-5421 設備，該信道對信道抖動通常低于5 psrms。使用NI PXI-5122 的100 MS/s 取樣率、14位分辨率示波器時，其信道對信道抖動常低于10 psrms。

圖 15. 2 部示波器進行 TClk 同步化的實時效能

圖15 中的LabVIEW 人機接口，正測量安裝于NI PXI-1042 機架中的2 組NI PXI-5122 之間偏移量。在這個測量設定中，偏移量約為523 ps。每示波器皆設定為以100 MS/s 取樣率，對同樣5 MHz 的方波進行取樣。信號使用同樣長度的纜線，分開輸入各示波器中。信道對信道抖動大約是6 psrms。數據是由方波的49,998 個過零(zero crossing) 所編譯出來的。直方圖中的高斯分布，反應出抖動是由隨機噪聲產生的，而不是系統中的固定噪聲源。

圖 16：以 TClk 同步化的 NI PXI-5421 任意波形發生器信道對信道抖動測量

圖16 是對2 部以TClk 同步化的NI PXI-5421 任意波形發生器，所進行的信道對信道抖動測量。2 部設備都設定為以100 MS/s 取樣率產生1 個10 MHz 方波。此為Tektronix 高效能抖動測量通信信號分析儀(CSA) 8200平臺上，以80E04 TDR 模塊所進行的測量。圖16 中的直方圖數據反應出信道對信道抖動低于3 psrms。直方圖所回報的數據并非信道之間的偏斜；而是從方波的過零觸發，到受測量方波的下一個正緣之間的延遲(亦即1 個通道用于觸發第2 個通道的過零測量)。直方圖呈現測量結果，并反應出信道對信道抖動的情形。

校正TClk 同步化

正如先前所提到的，標準的偏斜范圍可能在 200 ps 至 500 ps 之間。這個偏斜范圍可能無法滿足部份應用程序的要求，因為此測量要求通道間必須要有更高的相位準確度。在這種情況下必須進行手動校正。手動校正可以將設備間的偏斜降至 30 ps 以下。圖17 的 LabVIEW 人機界面顯示 NI PXI-5122，100 MS/s 取樣率示波器，與NI PXI-5124，200 MS/s 取樣率示波器之間的偏斜。可發現偏斜是大約是 15 ps，信道與信道間的抖動大約是 12 psrms。數據是由方波的 10,000 個過零點編譯而得。

圖 17. 經校正的 2 部示波器TClk 同步化──100 MS/s 取樣率的NI PXI-5122，與 200 MS/s 取樣率的 NI PXI-5124──典型的偏斜大約是15 psrms，信道與信道間抖動大約是12 psrms。

圖 18. 手動校正 TClk 同步化的 NI PXI-5421 任意波形發生器 10 MHz 方波負緣放大圖──偏斜大約是 20 ps。

圖18 為使用CSA 8200 進行手動校正TClk 同步化的2 部NI PXI-5421 任意波形發生器，中間所產生的偏斜。注意：偏斜約為20 ps。2 部設備產生的波形是一道10 MHz 方波。

手動校正包含使用 PLL 回路(參考圖8) 中的相位調整 DAC，以調整各設備的取樣頻率。舉例來說，在將2 部任意波形發生器進行同步化時，同步化之輸出可通過高速示波器加以檢視，而 AWG 的取樣頻率也可使用相位調整 DAC 移到其它設備。通過這個手動過程，多部任意波形發生器之間的偏斜，可從數百個兆分之一秒(picosecond) 減少到 30 ps 以下。

在對2 部示波器進行同步化時，會使用同樣長度的纜線，將1 個低相位噪聲信號輸入每示波器中。偏斜可以用軟件來測量，示波器的取樣頻率也可根據其他示波器的相對關系進行調整。同樣的方法亦用于數字波形發生器/分析儀的同步化。

可用高分辨率調整取樣頻率。在 100 MS/s 取樣率的設備上(如 NI PXI-5122、NI PXI-5421，與 NI PXI-6552)，取樣頻率的延遲調整分辨率為 10 ps，可調整為±1 個取樣頻率期間 (10 ns)。在 200 MS/s 取樣率的設備上(如 NI PXI-5422 與 NI PXI-5124)，調整分辨率為 5 ps，則可調整為 ±1 個取樣頻率期間 (5 ns)。因此，設備之間的偏斜可進行精確手動校正。