PXI技術最新發(fā)展與應用

過去十五年以來，自動化測試領域出現(xiàn)了一些明顯的趨勢：從設計到生產(chǎn)的每個階段，自動化程度越來越高;單一的待測設備往往集成了多種的標準和協(xié)議;從商業(yè)角度考慮，縮短產(chǎn)品投放市場時間的壓力也與日俱增;與此同時，著眼于整個經(jīng)濟環(huán)境的大背景下，各個企業(yè)也都面臨著更加嚴峻的成本控制要求;此外，對制造業(yè)的自動化測試而言，測試設備的體積和功耗已經(jīng)無法再隨著測試需求線形增長。

PXI平臺的出現(xiàn)為自動化測試提供了一種新的思路。NI于1997年提出PXI標準，標準化的商業(yè)技術讓PXI技術在過去十五年中以驚人的速度在測試和控制應用領域得到廣泛的接受，并且已經(jīng)成為主流的模塊化儀器平臺。不僅得到眾多主流測試測量廠商的支持，而且全球各地的用戶基于PXI平臺在多個領域實現(xiàn)各種不同的應用。本文將對PXI規(guī)范進行概述并介紹一些最新發(fā)展及應用。

PXI技術概覽

PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)是一種基于PC技術的面向測試測量和自動化應用的堅固平臺。PXI標準將CompactPCI標準(具有PCI電氣總線特性，同時具有堅固的、模塊化的歐卡封裝)與專用同步總線和軟件特性結合在一起。該標準由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟(PXISA)進行管理，這是一個由世界各地超過50家公司共同簽約的聯(lián)盟，其宗旨是為了推動PXI標準的應用，保證各廠商產(chǎn)品的互操作性，并維護PXI規(guī)范。隨著商業(yè)PC的總線技術從PCI演進到了PCI Express，顯著地拓展了總線的可用帶寬，PXI也將PCI Express集成到PXI標準中，以滿足更多的應用需求。PCI工業(yè)制造商協(xié)會(PICMG，管理CompactPCI標準)與PXI系統(tǒng)聯(lián)盟共同努力，確保PXI背板中集成了PCI Express技術之后，仍然維持與原有系統(tǒng)的后向兼容性。通過利用PCI Express技術，PXI Express將PXI中的可用帶寬從132MB/s提高到6GB/s，提高了45倍多。

PXI系統(tǒng)由三個基本部分組成——機箱、控制器、以及外圍I/O模塊?；赑XI的這種模塊化架構，可以實現(xiàn)系統(tǒng)部分組件的單獨升級，并且可以使測試系統(tǒng)能快速利用這些升級的組件所帶來的新技術。

PXI系統(tǒng)的一個關鍵優(yōu)勢在于集成了定時和同步特性，這可以減少不同儀器之間實現(xiàn)觸發(fā)和同步功能的復雜性：PXI機箱背板上整合了一個10MHz的專用系統(tǒng)參考時鐘(圖1)，通過等長的背板走線傳輸?shù)礁鞑宀?，各插槽之間的時鐘偏差小于1ns;10MHz系統(tǒng)時鐘的精度是由機箱決定的，典型值小于百萬分之25(25ppm)，并且通過在機箱的星形觸發(fā)插槽(槽位2)安裝一塊具有更穩(wěn)定時鐘源的板卡(例如擁有板載OCXO的NI PXI-6653)，可進一步提高系統(tǒng)參考時鐘的精度。這樣可以用這個具有更高穩(wěn)定性的參考時鐘來取代背板的10MHz時鐘。不同模塊上速率更高的采樣時鐘可以鎖相至該穩(wěn)定的10MHz參考時鐘，從而提高多個模塊化儀器之間的同步性能。也可以輸出這個10MHz時鐘，用以同步多個PXI機箱和其他模塊儀器時作為參考時鐘。除了參考時鐘，PXI背板上也提供由8條TTL傳輸線組成的觸發(fā)總線，從而允許系統(tǒng)中的任意模塊都可設置一個可以被其他任意模塊檢測到的觸發(fā)信號。以PXI為基礎，PXI Express提供了更多的定時和同步功能——100MHz的差分系統(tǒng)時鐘、差分信號傳輸以及差分星形觸發(fā)總線。采用差分時鐘和同步，PXI Express系統(tǒng)中儀器時鐘的抗噪聲性能進一步提高，并且可以以更高速率傳輸數(shù)據(jù)。

圖1: PXI及PXI Express機箱為模塊化系統(tǒng)集成提供了最佳的定時和同步性能

PXI規(guī)范的最新發(fā)展

PCI Express

正如在PXI技術概覽中所提到的，PCI Express相比PCI可增加超過45倍的總線吞吐量。由于此性能的增強，PXI Express可以用于很多新型應用領域，其中很多領域在以前只能由昂貴的專用硬件實現(xiàn)。特別地，在國防和航空航天自動化測試領域，PXI Express所擁有的更高的帶寬為許多應用提供了新的解決方案：

• 利用高帶寬的中頻儀器進行通信系統(tǒng)測試

• 高速數(shù)字協(xié)議接口(包括基于LVDS的專用協(xié)議、IEEE 1394、光纖信道等)

• 用于結構和聲學測試的高通道數(shù)數(shù)據(jù)采集

• 高速圖像采集

當PCI Express技術被集成到PXI中，基于PXI Express實現(xiàn)許多新應用的同時，許多現(xiàn)有的PXI應用并不會得益于PXI Express的性能提升。比方說，諸如數(shù)字萬用表(DMM)、開關模塊、工業(yè)I/O、低速總線接口、以及許多主流的發(fā)生器和分析儀等I/O應用并不需要背板新增的帶寬。因此，PXI Express規(guī)范的一個非常有價值的方面就是PCI以及PCI Express信號都可以被路由到新的插槽中去。其結果是，儀器廠商并不需要針對新的PXI Express背板而重新設計所有的現(xiàn)有板卡模塊;與此相反，儀器廠商會繼續(xù)生產(chǎn)符合PXI信號標準的產(chǎn)品，因為目前的PCI總線架構可以滿足這些模塊的數(shù)據(jù)帶寬需求并且所有的混合插槽都支持PCI總線信號。