PXI技術(shù)最新發(fā)展與應(yīng)用

過(guò)去十五年以來(lái)，自動(dòng)化測(cè)試領(lǐng)域出現(xiàn)了一些明顯的趨勢(shì)：從設(shè)計(jì)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(cè)設(shè)備往往集成了多種的標(biāo)準(zhǔn)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)，著眼于整個(gè)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的大背景下，各個(gè)企業(yè)也都面臨著更加嚴(yán)峻的成本控制要求;此外，對(duì)制造業(yè)的自動(dòng)化測(cè)試而言，測(cè)試設(shè)備的體積和功耗已經(jīng)無(wú)法再隨著測(cè)試需求線形增長(zhǎng)。

PXI平臺(tái)的出現(xiàn)為自動(dòng)化測(cè)試提供了一種新的思路。NI于1997年提出PXI標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)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(cè)試和控制應(yīng)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(tái)。不僅得到眾多主流測(cè)試測(cè)量廠商的支持，而且全球各地的用戶基于PXI平臺(tái)在多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)各種不同的應(yīng)用。本文將對(duì)PXI規(guī)范進(jìn)行概述并介紹一些最新發(fā)展及應(yīng)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(cè)試測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用的堅(jiān)固平臺(tái)。PXI標(biāo)準(zhǔn)將CompactPCI標(biāo)準(zhǔn)(具有PCI電氣總線特性，同時(shí)具有堅(jiān)固的、模塊化的歐卡封裝)與專用同步總線和軟件特性結(jié)合在一起。該標(biāo)準(zhǔn)由PXI系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，保證各廠商產(chǎn)品的互操作性，并維護(hù)PXI規(guī)范。隨著商業(yè)PC的總線技術(shù)從PCI演進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)中，以滿足更多的應(yīng)用需求。PCI工業(yè)制造商協(xié)會(huì)(PICMG，管理CompactPCI標(biāo)準(zhǔn))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(shù)之后，仍然維持與原有系統(tǒng)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(tǒng)由三個(gè)基本部分組成——機(jī)箱、控制器、以及外圍I/O模塊?；赑XI的這種模塊化架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)部分組件的單獨(dú)升級(jí)，并且可以使測(cè)試系統(tǒng)能快速利用這些升級(jí)的組件所帶來(lái)的新技術(shù)。

PXI系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)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(xiàn)觸發(fā)和同步功能的復(fù)雜性：PXI機(jī)箱背板上整合了一個(gè)10MHz的專用系統(tǒng)參考時(shí)鐘(圖1)，通過(guò)等長(zhǎng)的背板走線傳輸?shù)礁鞑宀郏鞑宀壑g的時(shí)鐘偏差小于1ns;10MHz系統(tǒng)時(shí)鐘的精度是由機(jī)箱決定的，典型值小于百萬(wàn)分之25(25ppm)，并且通過(guò)在機(jī)箱的星形觸發(fā)插槽(槽位2)安裝一塊具有更穩(wěn)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(tǒng)參考時(shí)鐘的精度。這樣可以用這個(gè)具有更高穩(wěn)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(wěn)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(jī)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傳輸線組成的觸發(fā)總線，從而允許系統(tǒng)中的任意模塊都可設(shè)置一個(gè)可以被其他任意模塊檢測(cè)到的觸發(fā)信號(hào)。以PXI為基礎(chǔ)，PXI Express提供了更多的定時(shí)和同步功能——100MHz的差分系統(tǒng)時(shí)鐘、差分信號(hào)傳輸以及差分星形觸發(fā)總線。采用差分時(shí)鐘和同步，PXI Express系統(tǒng)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(shù)據(jù)。

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

PXI規(guī)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倍的總線吞吐量。由于此性能的增強(qiáng)，PXI Express可以用于很多新型應(yīng)用領(lǐng)域，其中很多領(lǐng)域在以前只能由昂貴的專用硬件實(shí)現(xiàn)。特別地，在國(guó)防和航空航天自動(dòng)化測(cè)試領(lǐng)域，PXI Express所擁有的更高的帶寬為許多應(yīng)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(tǒng)測(cè)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(jié)構(gòu)和聲學(xué)測(cè)試的高通道數(shù)數(shù)據(jù)采集

• 高速圖像采集

當(dāng)PCI Express技術(shù)被集成到PXI中，基于PXI Express實(shí)現(xiàn)許多新應(yīng)用的同時(shí)，許多現(xiàn)有的PXI應(yīng)用并不會(huì)得益于PXI Express的性能提升。比方說(shuō)，諸如數(shù)字萬(wàn)用表(DMM)、開(kāi)關(guān)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(yīng)用并不需要背板新增的帶寬。因此，PXI Express規(guī)范的一個(gè)非常有價(jià)值的方面就是PCI以及PCI Express信號(hào)都可以被路由到新的插槽中去。其結(jié)果是，儀器廠商并不需要針對(duì)新的PXI Express背板而重新設(shè)計(jì)所有的現(xiàn)有板卡模塊;與此相反，儀器廠商會(huì)繼續(xù)生產(chǎn)符合PXI信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，因?yàn)槟壳暗腜CI總線架構(gòu)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(hào)。