如今,PXI已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各種不同的應用。
PXI技術概覽
PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)技術于1997年由NI公司提出,其標準由PXI系統聯盟(PXISA)進行管理,這是一個由世界各地超過70家公司共同簽約的聯盟,其宗旨是為了推動PXI標準的應用,保證各廠商產品的互操作性,并維護PXI規范。PXI不僅是一個總線技術,同時也是一個基于PC技術的模塊化I/O的標準,為基于PC技術的自動化測試測量與控制系統架構添加了集成的定時和同步功能、工業級的堅固設計、以及更多的通道數。
在PXI標準中,針對模塊化儀器和CPU之間數據傳輸的核心內部數據總線是帶寬達到132MB/s的PCI總線。此外,PXI標準中定義了專用的定時和觸發總線,以進行不同模塊之間的同步。2005年,PXI聯盟又將PCI Express技術整合到PXI標準中,推出PXI Express規范,大大提高了PXI帶寬(PCI Express x16單項數據帶寬可達4GB/s),同時確保對原有PXI平臺提供長期支持。PXI Express還提供了附加的定時和同步功能,包括100 MHz差分系統時鐘、差分信號、以及差分星形觸發。通過使用差分時鐘和同步,PXI Express系統增加了對儀器時鐘的抗噪聲能力,并能傳輸更高頻率的時鐘信號。
此外,PXI Express還引入Peer-to-Peer的通訊方式,使得系統中的不同模塊之間可以不經過控制器直接進行數據傳輸,例如基于PXI Express的數字化儀可以將采集到的數據直接通過背板傳輸給帶有FPGA的PXI Express模塊進行自定義處理,從而進一步提高系統的數據傳輸和處理能力。
據不完全統計,70余家PXISA成員現在提供超過1500種PXI模塊,包括各種模擬和數字I/O、高速儀器、開關模塊、圖像采集、運動控制、各類總線接口等。用戶可以根據需要選擇相應的模塊靈活構建自動化測試或控制系統。除了齊備的功能之外,PXI更是一個高性能平臺,許多業內最高性能的儀器設備都是基于PXI平臺的,包括高達24位分辨率的數字化儀、最精確的71/2位數字萬用表、具有超低相位噪聲和底噪的矢量信號分析儀等等。由于PXI的模塊化特性,便于廠商在第一時間利用最新技術(如最新ADC、ASIC、FPGA等)推出新產品,從而使PXI用戶在最大程度保持原有投入的同時可以通過模塊升級享受最新技術帶來的性能提升,使系統具有長期可維護性。
PXI技術的應用
隨著PXI已成為一個主流平臺,一些世界領先的測試系統供應商也將他們的測試解決方案轉向PXI平臺,包括NI、Agilent、Pickering在內的許多測試設備廠商均已將PXI視為模塊化儀器的主流標準。無論用戶準備構建一個儀器平臺、數據采集系統、自動化測試系統、工業自動化系統、或是實時控制系統,PXI的開放式工業標準特性都能夠幫助降低系統的總成本和開發時間,增強系統性能和帶寬,使系統集成工作變得輕松簡單,同時確保系統具有長期可維護性。據PXI聯盟統計,截止2010年5月,全球已部署的PXI系統已經超過10萬套,而部署的模塊更是多達60萬個以上。PXI已成為主流的自動化測試測量與控制應用平臺,廣泛應用于航空航天、國防、汽車、消費電子、半導體、基礎設施維護、能源與電力、生物醫電、前沿技術研究與科學實驗等多個領域。
在這些行業的生產測試應用中,通過軟件自定義的方式,可以在PXI模塊化平臺上進行多種測試。例如在針對無線設備測試中,結合PXI射頻和中頻模塊和各種射頻軟件工具包(或用戶自行開發的程序算法),在同樣的系統中可以實現GSM, WCDMA, WLAN, LTE等多種無線通信協議的測試. 基于PXI平臺,用戶可以根據不同的測試信號選擇不同的模塊,并且可以以PXI為中心連接基于其它總線的設備和儀器,構建完整的混合信號測試系統(圖1)。通過軟件定義的方式可實現完全自動化的信號與數據處理、報告生成、數據庫記錄等功能,以滿足制造行業越來越高的自動化需求和日益嚴格的質量標準。此外,PXI的模塊化架構也可以使測試系統體積更為緊湊,由于測試系統的許多部分(如控制器、電源等)都是共享的,因此也降低了系統成本。
圖1.霍尼韋爾基于PXI模塊化硬件平臺和NI LabVIEW軟件實現新一代電路板功能測試系統