PXI技术最新发展与应用

过去十五年以来，自动化测试领域出现了一些明显的趋势：从设计到生产的每个阶段，自动化程度越来越高,单一的待测设备往往集成了多种的标准和协议,从商业角度考虑，缩短产品投放市场时间的压力也与日俱增,与此同时，着眼于整个经济环境的大背景下，各个企业也都面临着更加严峻的成本控制要求,此外，对制造业的自动化测试而言，测试设备的体积和功耗已经无法再随着测试需求线形增长。

PXI平台的出现为自动化测试提供了一种新的思路。NI于1997年提出PXI标准，标准化的商业技术让PXI技术在过去十五年中以惊人的速度在测试和控制应用领域得到广泛的接受，并且已经成为主流的模块化仪器平台。不仅得到众多主流测试测量厂商的支持，而且全球各地的用户基于PXI平台在多个领域实现各种不同的应用。本文将对PXI规范进行概述并介绍一些最新发展及应用。

PXI技术概览

PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)是一种基于PC技术的面向测试测量和自动化应用的坚固平台。PXI标准将CompactPCI标准（具有PCI电气总线特性，同时具有坚固的、模块化的欧卡封装）与专用同步总线和软件特性结合在一起。该标准由PXI系统联盟（PXISA）进行管理，这是一个由世界各地超过50家公司共同签约的联盟，其宗旨是为了推动PXI标准的应用，保证各厂商产品的互操作性，并维护PXI规范。随着商业PC的总线技术从PCI演进到了PCI Express，显著地拓展了总线的可用带宽，PXI也将PCI Express集成到PXI标准中，以满足更多的应用需求。PCI工业制造商协会（PICMG，管理CompactPCI标准）与PXI系统联盟共同努力，确保PXI背板中集成了PCI Express技术之后，仍然维持与原有系统的后向兼容性。通过利用PCI Express技术，PXI Express将PXI中的可用带宽从132MB/s提高到6GB/s，提高了45倍多。

PXI系统由三个基本部分组成——机箱、控制器、以及外围I/O模块,于PXI的这种模块化架构，可以实现系统部分组件的单独升级，并且可以使测试系统能快速利用这些升级的组件所带来的新技术。

PXI系统的一个关键优势在于集成了定时和同步特性，这可以减少不同仪器之间实现触发和同步功能的复杂性：PXI机箱背板上整合了一个10MHz的专用系统参考时钟（图1），通过等长的背板走线传输到各插槽，各插槽之间的时钟偏差小于1ns,10MHz系统时钟的精度是由机箱决定的，典型值小于百万分之25（25ppm），并且通过在机箱的星形触发插槽（槽位2）安装一块具有更稳定时钟源的板卡（例如拥有板载OCXO的NI PXI-6653），可进一步提高系统参考时钟的精度。这样可以用这个具有更高稳定性的参考时钟来取代背板的10MHz时钟。不同模块上速率更高的采样时钟可以锁相至该稳定的10MHz参考时钟，从而提高多个模块化仪器之间的同步性能。也可以输出这个10MHz时钟，用以同步多个PXI机箱和其他模块仪器时作为参考时钟。除了参考时钟，PXI背板上也提供由8条TTL传输线组成的触发总线，从而允许系统中的任意模块都可设置一个可以被其他任意模块检测到的触发信号。以PXI为基础，PXI Express提供了更多的定时和同步功能——100MHz的差分系统时钟、差分信号传输以及差分星形触发总线。采用差分时钟和同步，PXI Express系统中仪器时钟的抗噪声性能进一步提高，并且可以以更高速率传输数据。

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图1: PXI及PXI Express机箱为模块化系统集成提供了最佳的定时和同步性能

PXI规范的最新发展

PCI Express

正如在PXI技术概览中所提到的，PCI Express相比PCI可增加超过45倍的总线吞吐量。由于此性能的增强，PXI Express可以用于很多新型应用领域，其中很多领域在以前只能由昂贵的专用硬件实现。特别地，在国防和航空航天自动化测试领域，PXI Express所拥有的更高的带宽为许多应用提供了新的解决方案：

• 利用高带宽的中频仪器进行通信系统测试
• 高速数字协议接口（包括基于LVDS的专用协议、IEEE 1394、光纤信道等）
• 用于结构和声学测试的高通道数数据采集
• 高速图像采集

当PCI Express技术被集成到PXI中，基于PXI Express实现许多新应用的同时，许多现有的PXI应用并不会得益于PXI Express的性能提升。比方说，诸如数字万用表（DMM）、开关模块、工业I/O、低速总线接口、以及许多主流的发生器和分析仪等I/O应用并不需要背板新增的带宽。因此，PXI Express规范的一个非常有价值的方面就是PCI以及PCI Express信号都可以被路由到新的插槽中去。其结果是，仪器厂商并不需要针对新的PXI Express背板而重新设计所有的现有板卡模块,与此相反，仪器厂商会继续生产符合PXI信号标准的产品，因为目前的PCI总线架构可以满足这些模块的数据带宽需求并且所有的混合插槽都支持PCI总线信号（图2）。