PXI技術(shù)最新發(fā)展與應用

過(guò)去十五年以來(lái)，自動(dòng)化測試領(lǐng)域出現了一些明顯的趨勢：從設計到生產(chǎn)的每個(gè)階段，自動(dòng)化程度越來(lái)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(chǎng)時(shí)間的壓力也與日俱增;與此同時(shí)，著(zhù)眼于整個(gè)經(jīng)濟環(huán)境的大背景下，各個(gè)企業(yè)也都面臨著(zhù)更加嚴峻的成本控制要求;此外，對制造業(yè)的自動(dòng)化測試而言，測試設備的體積和功耗已經(jīng)無(wú)法再隨著(zhù)測試需求線(xiàn)形增長(cháng)。

PXI平臺的出現為自動(dòng)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(shù)讓PXI技術(shù)在過(guò)去十五年中以驚人的速度在測試和控制應用領(lǐng)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(chǎng)商的支持，而且全球各地的用戶(hù)基于PXI平臺在多個(gè)領(lǐng)域實(shí)現各種不同的應用。本文將對PXI規范進(jìn)行概述并介紹一些最新發(fā)展及應用。

PXI技術(shù)概覽

PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)是一種基于PC技術(shù)的面向測試測量和自動(dòng)化應用的堅固平臺。PXI標準將CompactPCI標準(具有PCI電氣總線(xiàn)特性，同時(shí)具有堅固的、模塊化的歐卡封裝)與專(zhuān)用同步總線(xiàn)和軟件特性結合在一起。該標準由PXI系統聯(lián)盟(PXISA)進(jìn)行管理，這是一個(gè)由世界各地超過(guò)50家公司共同簽約的聯(lián)盟，其宗旨是為了推動(dòng)PXI標準的應用，保證各廠(chǎng)商產(chǎn)品的互操作性，并維護PXI規范。隨著(zhù)商業(yè)PC的總線(xiàn)技術(shù)從PCI演進(jìn)到了PCI Express，顯著(zhù)地拓展了總線(xiàn)的可用帶寬，PXI也將PCI Express集成到PXI標準中，以滿(mǎn)足更多的應用需求。PCI工業(yè)制造商協(xié)會(huì )(PICMG，管理CompactPCI標準)與PXI系統聯(lián)盟共同努力，確保PXI背板中集成了PCI Express技術(shù)之后，仍然維持與原有系統的后向兼容性。通過(guò)利用PCI Express技術(shù)，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系統由三個(gè)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(shí)現系統部分組件的單獨升級，并且可以使測試系統能快速利用這些升級的組件所帶來(lái)的新技術(shù)。

PXI系統的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢在于集成了定時(shí)和同步特性，這可以減少不同儀器之間實(shí)現觸發(fā)和同步功能的復雜性：PXI機箱背板上整合了一個(gè)10MHz的專(zhuān)用系統參考時(shí)鐘(圖1)，通過(guò)等長(cháng)的背板走線(xiàn)傳輸到各插槽，各插槽之間的時(shí)鐘偏差小于1ns;10MHz系統時(shí)鐘的精度是由機箱決定的，典型值小于百萬(wàn)分之25(25ppm)，并且通過(guò)在機箱的星形觸發(fā)插槽(槽位2)安裝一塊具有更穩定時(shí)鐘源的板卡(例如擁有板載OCXO的NI PXI-6653)，可進(jìn)一步提高系統參考時(shí)鐘的精度。這樣可以用這個(gè)具有更高穩定性的參考時(shí)鐘來(lái)取代背板的10MHz時(shí)鐘。不同模塊上速率更高的采樣時(shí)鐘可以鎖相至該穩定的10MHz參考時(shí)鐘，從而提高多個(gè)模塊化儀器之間的同步性能。也可以輸出這個(gè)10MHz時(shí)鐘，用以同步多個(gè)PXI機箱和其他模塊儀器時(shí)作為參考時(shí)鐘。除了參考時(shí)鐘，PXI背板上也提供由8條TTL傳輸線(xiàn)組成的觸發(fā)總線(xiàn)，從而允許系統中的任意模塊都可設置一個(gè)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(shí)和同步功能——100MHz的差分系統時(shí)鐘、差分信號傳輸以及差分星形觸發(fā)總線(xiàn)。采用差分時(shí)鐘和同步，PXI Express系統中儀器時(shí)鐘的抗噪聲性能進(jìn)一步提高，并且可以以更高速率傳輸數據。

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

PXI規范的最新發(fā)展

PCI Express

正如在PXI技術(shù)概覽中所提到的，PCI Express相比PCI可增加超過(guò)45倍的總線(xiàn)吞吐量。由于此性能的增強，PXI Express可以用于很多新型應用領(lǐng)域，其中很多領(lǐng)域在以前只能由昂貴的專(zhuān)用硬件實(shí)現。特別地，在國防和航空航天自動(dòng)化測試領(lǐng)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(jìn)行通信系統測試

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

• 用于結構和聲學(xué)測試的高通道數數據采集

• 高速圖像采集

當PCI Express技術(shù)被集成到PXI中，基于PXI Express實(shí)現許多新應用的同時(shí)，許多現有的PXI應用并不會(huì )得益于PXI Express的性能提升。比方說(shuō)，諸如數字萬(wàn)用表(DMM)、開(kāi)關(guān)模塊、工業(yè)I/O、低速總線(xiàn)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規范的一個(gè)非常有價(jià)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(chǎng)商并不需要針對新的PXI Express背板而重新設計所有的現有板卡模塊;與此相反，儀器廠(chǎng)商會(huì )繼續生產(chǎn)符合PXI信號標準的產(chǎn)品，因為目前的PCI總線(xiàn)架構可以滿(mǎn)足這些模塊的數據帶寬需求并且所有的混合插槽都支持PCI總線(xiàn)信號。