和同事聊天提到“凸轮轴”这个词时，你可能不会将它和现场可编程门阵列（FPGA）联系起来。但最近，使用FPGA芯片及相关软件却成功的绘制出了一个虚拟的凸轮轴，这种虚拟凸轮轴在开发一款小型高速水泵的过程中表现优异（见下图）。水泵的实体由一家小型材料研发咨询公司Active Signal Technologies制造，而生成虚拟泵的软件则由一家从事系统集成的公司 Mink Hollow Systems 开发。
在原型机上，主机以同步的方式启动泵以确保活塞在阀门旋转到适当位置时能够点火。但是，受到计算机和软件的限制，DAQ系统不能获取位置编码器发送的所有九字节位置信息。泵体的研发人员只能退而求其次获得编码器的最低有效位（least significant bit ,LSB）了。阀门每旋转一周，编码器只能发出256个LSB脉冲或其他关于阀门位置的信息。其中有些脉冲是由于系统产生的噪声，而在工作时软件也有可能漏掉一些信号，看起来活塞-阀门同步只能是一纸空谈了。
泵是如何工作的
这款由Active Signal Technologies公司开发的小型水泵使用的是电动活塞。活塞具有Terfenol-D材料的特性，可将电磁能转换成机械能。美国海军装备实验室(Naval Ordnance Laboratory,NOL)开发出基于铁、铋和镝的一系列Terfenol-D材料以用于制造高能声纳中的变频器。Etrema Products公司(www.etrema-usa.com)具有很多Terfenol-D材料的专利和营销许可证，该公司提供执行和驱动电子装置成品以及各种Terfenol-D原材料(见下页图)。
尽管在开发过程中Drs. Arthur Cooke和Keith Bridger试用了多种波形来驱动活塞，但最后他们还是选择了正弦波，它使活塞工作起来更像一个机械泵。
Active Signal Technologies的Drs. Arthur Cooke、Keith Bridger与Mink Hollow Systems公司的Eric Lyness组成了一个小组确保虚拟凸轮轴能够正常运转。LabVIEW 工程师Lyness决定在FPGA芯片中采用数字控制线路，这将提高控制线路的响应速度。同时FPGA芯片的运转速度足以获取所有轴编码器传送的九字节信息。因此新开发的控制软件在绝对位置信息的基础上运行了。
工程师利用FPGA芯片的内部计时功能获得了额外的两位精度。
Active Signal Technologies选用的是一款基于PXI的DAQ系统，因此Lyness只须购买一块带有PXI插槽，支持FPGA芯片的主板以及一块LabVIEW FPGA芯片。对原型机和软件进行了一个多星期的调试之后，他终于让泵体能够正常运转了。现在每转一周软件就能获得512个特殊编码而不是256个脉冲了，因此Lyness可以将绝对位置的精度缩小到1/512或0.70度以内了。只须获得阀门一次开启的位置信息，他就能计算出其他五次开启的位置了。FPGA芯片使用的是一种独特的编码，它能产生增量信号以驱动泵的活塞。
