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  • PXI和LXI实现通信测试自动化的设计

      通信电源在整体通信机房中占据重要作用。面对电信拆分、人员重组等新的发展形势,对电源维护管理工作提出了更新、更高地要求。   近十年的电信大发展及产品技术的更新,使得当前通信设备呈现网络规模大、智能化程度高、品牌系列繁杂、无人值守、集中监控化程度高的新特点,而电信的拆分、人员的重组、职业生涯的晋升,使得维护上的人力资源和技术力量的发展,明显滞后于通信设备的发展,维护人员对厂商的依赖性增强,设备故障带来的损失风险增大。通信电源作为通信设备的心脏,面对新的形势,也应对维护管理工作提更新的、更高的要求。笔者经过这几年的摸索,积极与兄弟单位和电源厂商交流,积累了一些经验,并就如何在新形势下更好地做好电源设备维护管理工作提出了一些探索性办法。   依据管理目标选择电源品牌   当前电源设备品牌繁杂,按照入网检验标准规定的性能指标,各家设备大同小异,而在结构、人性化设计、智能化监控、地域/特定环境解决方案,以及售后服务保障上,各家则千差万别。对这些品牌设备如选用不当,将会使维护资源分散、力量削弱,维护工作难以深入,售后服务难以获得厂家保障。   依据管理目标,遵循“保证运行可靠、状态监测受控、维护时间缩短、成本费用降低”的原则和优先顺序对品牌和设备进行考察筛选,优选品牌数量最好不超过3个,以利于技术人员提高技术水平,设备有了一定的规模,也容易争取到较好的售后服务条件;同时,同一品牌设备尽量安排在同一地区使用,以利于维护人员能单一、深入地进行维护。   预防性工作的调研和执行   预防性工作贯穿于设备的选择、安装与维护的全过程中。   设备选用前,应预先调查设备工作环境(包括地理条件、气候条件、市电环境、值守条件、支撑体系等)及被选设备对工作环境的适应性。实践证明,一些设备的功能和性能并不一定适用于所有条件,同一设备在不同的工作环境下,故障率会大相径庭。因此,选择设备前,一定要进行对自身环境的调查、对选用设备的分析及广泛听取其他各地市电信部门的具体使用情况的调查意见,对非适用功能,应予以去除或屏蔽;对重要指标,必要时可作相应的测试,甚至在实验网或非重要局站试用。   安装及验收工作也是预防工作的一个关键点,厂家经过检验合格的产品,经过多次转运、颠簸(尤其山区地区)后,到安装现场可能会发生内外部电气接触的松动和脱落;出厂参数设置也不一定与实际相符合,这些都会成为日后运行的故障隐患。在安装及验收工作中将这些因素进行排除、校正,将对设备日后可靠运行提供必要的保障。   在基础管理工作上,首先倡导主动维护、预防性维护,消除故障苗头。通过每年进行诸如“夏季供电高峰期前电源设备防掉电”、“夏季供电高峰期后加强电源设备维护保养和预检预修、提高设备完好率”等专项治理及劳动竞赛行动,以自查、互查、*比和交流形式,锻炼维护技术队伍、提高维护人员积极性、提升设备维护管理质量。同时充分利用各类监控手段,及早发现故障,然后集中技术力量,以最快的速度处理,以压缩故障历时。对于突发和排障时间长,会引起供电中断的故障,应制定应急处理预案,并定期加强演练。   建设分级支撑体系   目前电信系统维护资源相对设备运行总量而言,还略显薄弱,部分设备维护承包责任人还没有足够能力及时解决、排除各种故障。在此情形下,在地市范围内,或扩展到全省范围内,建立一个包含技术专家组、技术骨干队伍、日常维护人员在内,并将厂商技术人员纳入其中的分级技术支撑体系,通过逐级、实时申告的流程实施分级技术支持,对电源的维护保障工作将有十分的意义。   在支撑体系范围内,对典型故障的调研,对各类故障的分类统计(如质量类、外因类、疏忽类等),并进行数据档案存档,信息资源共享等措施,将对维护队伍的技术快速提升提供一个良好的平台。   供电系统的合理化配置   供电系统的合理化配置必须注意以下几点:   (1)在交流供电系统中,逐步推广自动倒换装置,并具备机械式手动切换功能,以备紧急时使用。大容量(2000kVA以上)交流供电系统中,提倡用两个子供电系统供电(变压器和油机)分别供电,子供电系统之间采用联络柜互为备用,油机尽量不使用并机运行。重要局点(如枢纽局、数据中心、IDC中心等)要争取引入两路不同变电站的高压线路,提高供电可靠性。由于大容量低压断路器一般不留备件,一旦损坏,判断故障原因和维修时间较长,应及时启动应急预案用临时电缆跨接临时供电(要排除短路因素才可),避免因时间不足,导致电池放光的事件发生。   (2)单套高频开关电源容量不宜过大。电源模块开机数量要依据环境和故障情况确定,具有整体破坏性因素(如市电过压)的局站,开机数量不宜多。电池充电电流限制在0.1C10。直流熔丝的额定电流应不大于最大负载电流的2倍,保证负载端短路时熔丝及时熔断,避免影响整个直流供电系统的输出电压大幅瞬降。   (3)大容量UPS是电源维护管理工作的难点,组网应优先选用“N+1”并机方式,设计、会审和安装时维护部门务必要全程介入,关注以下问题:UPS主路和旁路供电最好由两个空气开关分别供电;UPS输出零地电压过高会造成网络数据丢包率提高,因此要采取措施将UPS输出零地电压降低到1V以下;UPS电池尽量使用单体为2V阀控密封式蓄电池;对UPS设备,应重点关注输入功率因数和谐波含量等重要指标,特别要协调好与油机的配合,油机容量与UPS容量比应在2倍以上,确保油机和UPS都能正常工作。   (4)柴油发电机组作为备用电源,要保证良好的备用状态。电信系统选用油机额定容量一般取备用功率,使用时要注意带满载要控制在1h以内,长时间运行要按90%的备用功率使用。发动机功率与发电机配比至少要在1.1以上,发电机优先选用永磁、DVR型号,能有效避免负载的谐波干扰。同时要保证油机能充分发挥作用,设计要考虑油机和市电之间自动切换要有电气连锁,考虑油机房通风、排烟、避震和消噪等事项,还要定期做好维护保养和试机,经常检查启动电池和自动抽油系统等等。   (5)蓄电池是电信通信网上后备电源的核心。应根据维护规程的要求,制订出一套蓄电池容量测试和核对性容量试验的操作规程,定制采购了蓄电池容量测试设备,其中包括蓄电池容量测试仪、移动式假负载、移动式充电机、蓄电池单体活化仪,并配备到各区域维护站。今后福州本地网逐步对网上的蓄电池进行容量测试和核对性试验,希望消除由蓄电池带来的故障隐患。针对部分接入点电池经常小电流长时间放电容易导致出现落后电池的问题,宜采取调节整流器的自动均浮充的设定、调整整流模块开机数量和定期进行容量试验等方法,实践证明效果比较理想。   通信电源的管理工作应根据技术发展、管理发展和实践反馈中不断地探索、改进,终极目标是不断改进管理工作提高设备运行可靠性。  

    时间:2020-09-07 关键词: pxi 虚拟仪器 通信测试 lxi 通信公司

  • 航空电子自动测试系统?交给虚拟仪器完成!

    航空电子自动测试系统?交给虚拟仪器完成!

      系统硬件设计:   PXI模块化仪器相对于GPIB、VXI、RS232等仪器而言,具有速度快、体积小、易扩展等优势,因此在硬件方面以PXI模块化仪器为主,选用常规信号源(SOURCE)和信号测量模块(SENSOR),通过 GPIB和RS232总线扩展专用和自研设备。系统硬件原理图见图1。      由于PXI模块较多,且为了今后的扩展,选用了18槽的PXI-1045机箱;为了进一步提高系统平台的集成度,选用了PXI-8187零槽嵌入式控制器,摒弃了以往系统中利用MXI-2将工控机作为主控器的方式,PXI-8187带有GPIB接口,可以方便的扩展GPIB总线设备。部分仪器资源和部件需要串口通讯,故选用PXI-8421扩展4个串口。   1. 信号采集   6 1/2数字万用表PXI-4070 和5 1/2数字万用表PXI-4060作为常用的测试模块,用于测量电压、电阻和电流具有优势,可以测量0-300V的电压,0-1A的电流,0-100M欧的电阻;   示波器PXI-5112(2通道8位   分辨率,100MHz带宽)和模拟输入PXI-6070E(16路单端输入/8路差分输入,12位分辨率,1.25M采样率)配合使用,可以满足常用的连续波和单点电压信号的采集,PXI-6070E在进行数据采集时,前端连接了两块SCXI-1125,用于信号的调理(10Khz或4Hz的低通滤波、衰减)。PXI-6070E还用于控制器与SCXI机箱之间的通讯。   高速DIO PXI-6534可以采集和输出高低速离散量。特殊和复杂信号的采集处理采用GPIB设备和RS232自研设备,如频谱分析仪。   2. 信号输出   函数发生器PXI-5421(16位分辨率,100MS/s采样率,带宽43MHz)和高速模拟输出PXI-6733(8路输出,16位分辨率,更新率1MHz)配合使用,可以满足常用的连续波和单点电压信号的输出;SCXI-1124用于隔离模拟电压和电流的输出。   特殊和复杂信号输出采用GPIB设备和RS232自研设备,如交直流电源、射频信号源、大气数据测试系统、模拟器等。   3. 信号路由   由于大部分机载电子设备的信号数量很多,不可能将所有信号同时直接连接到资源上,必须经过继电器矩阵进行切换,继电器必须具有足够快的响应时间,能通断较大的信号,因此我们选用两块继电器矩阵模块SCXI-1129和附件SCXI-1333、SCXI-1339,组合成合适的继电器矩阵(最大通断能力 150VDC/1A,150Vrms/250mA)。在信号的连接、断开过程中,为了实现最优路径的自动选择和安全保护(避免源于源相连),我们重新编写了继电器矩阵驱动,在实际使用中取得了满意的结果。   4. 资源接口和适配器   资源接口是所有资源接口的集合,每个部件根据需要通过适配器连接部分资源。一个或多个UUT共用一个适配器,因此测试系统根据UUT的信号情况,可以配置一个或多个适配器。   系统软件设计:   CVI是在标准C语言(ansi C)的基础上增加了仪器控制和工具函数库的虚拟仪器开发软件,提供了很多实用的例程,具有友好的图形用户界面,并且C语言是大家都比较熟悉和易于使用的开发环境,因此选用CVI可以加快测试程序(TP)的开发。系统软件原理见图2。      为了方便和规范TP的编写,TP开发管理软件根据输入的测试信息自动生成测试程序代码框架和仪器操作代码,测试程序编写完成后编译生成动态库,由测试程序执行管理软件调用和管理测试程序。   测试程序开发过程中,仪器操作和虚拟仪器界面的开发是两个重点。

    时间:2020-09-06 关键词: 数据采集 航空电子测试 pxi 虚拟仪器

  • 基于PXI平台的ESP系统性能测试方案

    基于PXI平台的ESP系统性能测试方案

      应用领域:   信号采集/产品测试   挑战:   电子稳定系统(Electroni-c Stability Program, 简称ESP,下同)实车道路试验不仅对场地要求十分苛刻,实验过程具有相当的危险性,而且所需测量的信号较多。实验数据采集系统不仅要能够采集各种信号,还要能够在恶劣的测试环境中(如冲击、震动、高温、高湿度等)稳定可靠的工作。   应用方案:   面对ESP系统试验苛刻的测试环境、众多的测试信号,基于NI PXI和LabVIEW的测试平台,我们在较短的时间内快速融合了模拟信号、数字信号、CAN、串口等多种信号采集与处理。NI数据采集系统在海南试验场成功完成了ESP试验过程的数据采集,保证了试验的顺利进行。   使用的产品:   LabVIEW 2009软件开发平台   PXI-1042Q 8 槽PXI机箱   PXI-8106 嵌入式实时控制器   PXI-6251 M系列数据采集卡   PXI-6259 M系列数据采集卡   PXI-8430 串口卡   PXI-6608 数字IO模块   PXI-8512 CAN卡   概述   汽车电子稳定控制系统可以辅助驾驶员对车辆的动力学特性进行控制,通过控制车轮的制动力和发动机的输出力矩来控制汽车的横摆角速度并将侧偏角限制在一定范围内,从而协助驾驶员在极限工况下保持汽车的稳定性,防止车辆出现失稳危险。   近年来,随着人们对车辆主动安全性要求的提高和各国相应安全法规的推动,ESP系统在汽车上的标准装配率迅速提高,博世、大陆等国外汽车电子产品供应商均具备了ESP系统的批量化供货能力并占据了市场的主要份额。   国内ESP系统的研究起步较晚,大多停留在理论控制研究与硬件在环仿真阶段,国内整车及零部件厂商大多直接采用博世、大陆、TRW等的ESP系统与自主开发的整车相匹配。   相对于国内ESP系统策略的研究,ESP系统性能测试评价方法的研究基本空白,大多数验证实验均参考国外零部件商或相应机构的试验方法或直接将测试试验委托供应商实施。目前,国内汽车行业尚无形成统一的ESP测试标准,这使得国内整车厂商很难系统合理的评价ESP控制性能,更无法根据试验的结果在产品设计阶段对汽车电子供应商提出完善的产品设计技术要求,大大增加了整车厂商与汽车电子供应商的底盘电控系统匹配设计周期和研发成本。   鉴于上述情况,课题组结合当前的研究基础,提出一套汽车底盘电控系统性能评价和实验测试流程规范并构建了一个用于ESP系统试验测试的测控系统平台。   ESP系统测试平台   课题组搭建的ESP系统测试平台主要包括三大部分:1. ESP试验测试流程规范;2. 试验数据采集系统;3. 试验评价标准。      图1 ESP系统测试平台架构   试验测试流程规范规定了ESP测试所需的试验项目、试验目的、测试变量和仪器、试验条件、试验方法,以及实验数据处理方法。   试验评价标准作为电控系统以及整车性能评定的指南,从汽车相关基本理论出发,规定了性能好坏评定的方法与相应原理。   试验数据采集系统包括试验中测量所需变量(车辆参数和运动状态)的传感器及其数据采集卡和相关软件。试验数据采集系统性能好坏在一定程度上决定了整个测试系统能否准确评价整车性能以及ESP系统的优劣。   ESP作为最新一代汽车主动安全系统,ESP是基于汽车动力学对汽车临界失稳状态下施加准确控制来提高汽车稳定性的系统。因此为了验证ESP系统的性能,就需要大量实车试验。完成试验数据采集将面临两大难题:一是,测试设备众多(GPS、陀螺仪、非接触式光电测速仪、轮速传感器、压力传感器、触发器等),二是,测试环境恶劣(冲击、震动、高温、高湿度等)。通过调研,我们选择了NI PXI和LabVIEW的测试平台。      图2 ESP数据采集系统界面      图3 ESP数据采集系统PXI机箱      图5 ESP单移线试验车辆轨迹      图6 ESP单移线试验轮缸制动压力   结论   ESP是未来汽车主动安全系统发展的一大方向,ESP实车道路试验不仅是ESP控制系统优劣的最终评判手段,ESP实车道路试验在ESP控制算法开发阶段也具有一定的指导意义。   基于PXI系统良好的可扩展性,我们快速搭建了ESP系统性能试验的测试平台,在极端苛刻的试验环境下,测试系统准确有效的采集了ESP系统试验的测试信号,大大推动了863计划底盘控制系统的研究,为我们自主底盘电控系统进一步的完善提供了有力的支撑。 本文作者:高振海 王竣 崔爱昕 郭健 吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室  

    时间:2020-09-05 关键词: esp 信号采集 ni公司 pxi

  • NI与Astronics携手合作,颠覆传统航空国防测试系统

       2015年11月4日- NI(美国国家仪器,NaTIonal Instruments,简称NI) 和Astronics Test Systems公司(Astronics CorporaTIon全资子公司) 今日宣布他们共同为国防和航空航天领域开发了基于PXI的产品。测试系统集成领域的领导者Astronics与PXI自动化测试系统的领导者NI强强联合,为军用自动化测试设备(ATE)应用提供了业界一流的产品。   “我们一直致力于为我们的客户提供最新的技术。 从VXI到PXI的迁移有助于保留测试程序集(TPS)投资,同时提供了一个无缝的方式来升级常用的传统仪器,”Astronics Test Systems公司总裁Jim Mulato表示,“与PXI领先供应商NI的合作大大提高了DoD测试系统(DoD-Department of Defense of the United States, 美国国防部)的长期可持续能力,同时减少了军用和商用产品之间的差距。”   这一合作的首个成果是基于PXI Express的Astronics频率时间间隔计数器(FTIC),其原型是Astronics VXIbus 200 MHz通用计数器。该仪器的设计可完全兼容现有TPS,可替换现有VXI-based FTIC,通过全新的PXI子系统提供相同的功能。 这一升级是基于现有VXI模块使用的模拟电路、固件和驱动软件复用而实现。产品推出后,客户将可购买基于PXI Express的Astronics FTIC,未来也可通过NI全球销售渠道获得更多产品以及支持服务。   “作为PXI平台的开发者以及长期的航天国防ATE技术供应商,我们非常高兴看到PXI能够逐渐替代Astronics Test Systems VXI技术,”NI销售和营销执行副总裁Eric Starkloff表示, “这一合作旨在提供能够支持传统功能的产品,而且我们将持续投资到软件设计的仪器和合成仪器,以大幅延长当前测试程序的寿命。”   两家公司均在11月2-5日马里兰的AUTOTESTCON上展示其技术。   关于Astronics Corporation   Astronics Corporation是全球航空、国防、消费电子和半导体行业的领先产品供应商。 Astronics的产品包含高级高性能发电和配电系统、照明和安全系统、航天电子产品、飞机结构、工程设计和系统认证和自动化测试系统。该公司的全资子公司Astronics Test Systems提供了一系列完整的产品和功能,包括集成测试解决方案、自定义设计、完整的交钥匙软硬件系统、商用现成仪器、测试软件和用于解决测试仪器过时的工程解决方案。   关于NI   从1976年开始,美国国家仪器 (www.ni.com) ) 一直致力于提供各种强大的基于平台的系统来帮助工程师和科学家提高效率和加速创新,以解决全球面临的重大工程挑战。从医疗、汽车、消费电子产品到粒子物理等各行各业的客户正在使用NI的集成软硬件平台来改善我们生活的环境。   NI中国自1998年成立以来,不断致力于以跨国公司的实力为本地用户提供创新、高效的工具和解决方案。辐射全国的销售、技术人员及系统联盟商网络则以为本地市场提过优质服务为己任,倾力满足客户要求。NI中国在线商城的推出进一步完善了NI的服务体系,旨在为用户提供更方便快捷的购买体验.National Instruments、NI和ni.com均为National Instruments公司的商标。 此处提及的其它产品和公司名称均是其各自公司的商标或商业名称。

    时间:2020-08-28 关键词: ni astronics pxi

  • NI技术减少90%的电动车测试开发时间

    NI技术减少90%的电动车测试开发时间

    新闻发布– 2018年4月11日–NI(美国国家仪器,NaTIonal Instruments, 简称NI) 作为致力于为工程师和科学家提供基于平台的系统解决方案来应对全球最严峻工程挑战的供应商,今日宣布斯巴鲁等主要汽车制造商正在使用NI硬件在环(HIL)技术来模拟电动汽车测试中的实际路况,以消除环境因素带来的测试时间和成本。 过去,工程师在测试道路或公共道路上使用成品车进行车辆测试,以检测车辆的性能和安全响应。 但是,某些限制(例如天气和崎岖的路面状况)可能会导致工程师难以及时在道路上进行可重复测试。 此外,由于电动车辆的许多子系统彼此相互依赖,因此电动车辆的构造极其复杂。 这种复杂性加上不断缩短的开发周期和成本使得汽车测试工程师面临着严峻的挑战。 为了解决这些问题,斯巴鲁使用基于NI PXI产品和LabVIEW软件的NI HIL仿真解决方案替代了验证测试的实际路况。 借助HIL系统,斯巴鲁可以在对整个系统进行实际诊断之前,消除环境因素,并在虚拟环境中高效、彻底地测试车辆的嵌入式控制器。 “借助NI PXI产品和LabVIEW,我们能够在一到两周内完全实现定制的HIL系统,并自行开发所需的软件,”斯巴鲁公司电气动力装置研究和实验部门的Daisuke Umiguchi表示。  “这帮助我们将产品采购成本降低到仅为其他解决方案的三分之一左右,并且由于我们熟悉LabVIEW,相比聘请外部开发人员,我们的软件开发成本仅为六分之一左右“。 斯巴鲁计划在电动汽车开发的最后阶段使用该测试系统进行最终质量检查,并最终将其应用扩展到所有类型汽车。 通过采用该系统,斯巴鲁预计与传统方法相比,劳动时间减少了一半。

    时间:2020-07-20 关键词: 电动汽车 ni pxi

  • PCI总线与PXI总线的区别,你知道吗?

    PCI总线与PXI总线的区别,你知道吗?

    什么是PCI总线与PXI?你能区分吗?本文主要详解PCI总线与PXI总线有什么区别,首先介绍了PCI 总线结构图、特点及PCI总线性能,其次阐述了PXI总线的特性,最后介绍了PCI总线与PXI总线的区别。 PCI总线介绍 PCI总线是一种树型结构,并且独立于CPU总线,可以和CPU总线并行操作。PCI总线上可以挂接PCI设备和PCI桥片,PCI总线上只允许有一个PCI主设备,其他的均为PCI 从设备,而且读写操作只能在主从设备之间进行,从设备之间的数据交换需要通过主设备中转。 PCI 总线结构图 PCI总线特点 (1)传输速率高最大数据传输率为132MB/s,当数据宽度升级到64位,数据传输率可达264MB/s。这是其他总线难以比拟的。它大大缓解了数据I/O瓶颈,使高性能CPU的功能得以充分发挥,适应高速设备数据传输的需要。 (2)多总线共存采用PCI总线可在一个系统中让多种总线共存,容纳不同速度的设备一起工作。通过HOST-PCI桥接组件芯片,使CPU总线和PCI总线桥接;通过PCI-ISA/EISA桥接组件芯片,将PCI总线与ISA/EISA总线桥接,构成一个分层次的多总线系统。高速设备从ISA/EISA总线卸下来,移到PCI总线上,低速设备仍可挂在ISA/EISA总线上,继承原有资源,扩大了系统的兼容性。 (3)独立于CPU PCI总线不依附于某一具体处理器,即PCI总线支持多种处理器及将来发展的新处理器,在更改处理器品种时,更换相应的桥接组件即可。 PCI总线性能 (1)传输速率高最大数据传输率为132MB/s,当数据宽度升级到64位,数据传输率可达264MB/s。这是其他总线难以比拟的。它大大缓解了数据I/O瓶颈,使高性能CPU的功能得以充分发挥,适应高速设备数据传输的需要。 (2)多总线共存采用PCI总线可在一个系统中让多种总线共存,容纳不同速度的设备一起工作。通过HOST-PCI桥接组件芯片,使CPU总线和PCI总线桥接;通过PCI-ISA/EISA桥接组件芯片,将PCI总线与ISA/EISA总线桥接,构成一个分层次的多总线系统。高速设备从ISA/EISA总线卸下来,移到PCI总线上,低速设备仍可挂在ISA/EISA总线上,继承原有资源,扩大了系统的兼容性。 (3)独立于CPU PCI总线不依附于某一具体处理器,即PCI总线支持多种处理器及将来发展的新处理器,在更改处理器品种时,更换相应的桥接组件即可。 (4)自动识别与配置外设 用户使用方便。 (5)并行操作能力。 PXI总线介绍 PXI 是一种坚固的基于PC的测量和自动化平台。PXI结合了PCI的电气总线特性与CompactPCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性,并增加了专门的同步总线和主要软件特性。这使它成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台。这些系统可用于诸如制造测试、军事和航空、机器监控、汽车生产及工业测试等各种领域中。 PXI在1997年完成开发,并在1998年正式推出,它是为了满足日益增加的对复杂仪器系统的需求而推出的一种开放式工业标准。如今,PXI标准由PXI系统联盟(PXISA)所管理。该联盟由60多家有公司组成,共同推广PXI标准,确保PXI的互换性,并维护PXI规范。 硬件构架 PXI系统由三个基本部分组成:机箱,系统控制器和外设模块。 PXI可与CompactPCI直接兼容,因此任何3U的CompactPCI模块可直接用于PXI系统。此外, Card/PCMCIA和PMC(PCI Mezzanine Card)卡使用转接模块(Carrier Module)可直接插入PXI系统使用。例如,NI PXI-8221 PC Card Carrier可将Cardbus和PCMCIA设备接入PXI系统。 PXI总线的特性 1、新增加的电气封装规范 除了将 CompactPCI 规范中的所有机械规范直接移植进PXI规范之外,为了简化系统集成, PXI还增加了一些 CompactPCI 所没有的要求。如前所述,PXI 机箱中的系统槽必须位于最左端,而且主控机只能向左扩展以避免占用仪器模块插槽。PXI 还规定模块所要求的强制冷却气流流向必须由模块底部向顶部流动。PXI 规范建议的环境测试包括对所有模块进行温度、湿度、振动和冲击试验,并以书面形式提供试验结果。同时,PXI 规范还规定了所有模块的工作和存储温度范围。 2、与CompactPCI的互操作性PXI的重要特性之一是维护了与标准 CompactPCI 产品的互操作性。但许多 PXI 兼容系统所需要的组件也许并不需要完整的 PXI 总线特征。例如,用户或许要在 PXI 机箱中使用一个标准 CompactPCI 网络接口模块,或者要在标准 CompactPCI机箱中使用 PXI 兼容模块。在这些情况下,用户所需要的是模块的基本功能而不是完整的 PXI 特性。 PCI总线与PXI总线有什么区别 1997年,美国国家仪器中国有限公司(NaTIonal Instruments)为测试和测量应用提出了一个全新的解决方案:PXI(PCI eXtensions for InstrumentaTIon)——专为测试任务而优化的CompactPCI。1998年,NI与其他测试设备厂商合作的PXI系统联盟将PXI作为一个开放的工业标准推向市场。时至今日,PXI已经成为当今测试、测量和自动化应用的标准平台,它的开放式构架、灵活性和PC技术的成本优势为测量和自动化行业带来了一场翻天覆地的改革。 PXI是一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台,具备机械、电气与软件等多方面的专业特性。PXI充分利用了当前最普及的台式计算机高速标准结构——PCI。PXI规范是CompactPCI规范的扩展。CompactPCI定义了封装坚固的工业版PCI总线架构,在硬件模块易于装卸的前提下提供优秀的机械整合性。 因此,PXI产品具有级别更高、定义更严谨的环境一致性指标,符合工业环境下振动、撞击、温度与湿度的极限条件。PXI在CompactPCI的机械规范上强制增加了环境性能测试与主动冷却装置,以简化系统集成并确保不同厂商产品之间的互用性。此外,PXI还在高速PCI总线的基础上补充了测量与自动化系统专用的定时与触发特性。 总的来说,PXI是一种坚固的模块化仪器平台,它提出了基于计算机的高性能标准化测量与自动化方案。以合理的价位提供比原有系统架构出色得多的性能。PXI用户自然地享有很多便利,如廉价、易用、灵活的PC技术;开放的工业标准以及与CompactPCI产品的完全互用性。以上就是PCI总线与PXI的解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-23 关键词: PCI 总线 pxi

  • 基于PXI总线接口的高速数字化仪模块

    基于PXI总线接口的高速数字化仪模块

    PXI总线是NI公司在计算机外设总线PCI的基础上实现的新一代仪器总线,已经成为业界开放式总线的标准,基于PXI总线的数字化仪模块是现代测 试系统中重要的一种数据记录与处理设备。设计一个双通道12 bit/250 MHz采样频率的高速数字化仪模块,以高性能FPGA器件为核心,实现对高速A/D的控制以及高速数据处理和存储,解决了长时间高速记录信号的测试难题。  1 系统工作原理  数字化仪模块主要由前端信号调理通路、模数转换电路、数据存储单元、数据采集控制电路、PXI接口电路等部分组成,其原理框图如图l所示。  高速模拟信号首先经过信号调理通路进行放大、衰减等处理,将幅度调整到A/D转换器允 许输入的电压范围内,并转化成LVDS格式的差分信号,然后送到A/D转换器;FPGA芯片接收A/D输出的高速数据流,经过降速、抽取滤波等处理后,存 储到数据存储单元SRAM中,并发出中断信号,PXI主机响应中断后经由FPGA将存储在SRAM中的数据读入主机内存,完成后续的数据处理和显示。 PXI主机通过PXI总线发送控制命令,经FPGA译码后实现对数据采集和调理通路控制。该数字化仪模块为每个通道预留了4Mb的存储容量,当组成PXI 测试系统时,可以将数据写入计算机硬盘,实现更长时间的记录。两个通道可以独立工作,也可以相互关联。采集方式可以有内触发、外触发、软件触发、通道触发 等多种模式。  2 系统设计实现  2.1 模块化的FPGA设计  本文所设计的数字化仪是基于高性能FPGA芯片实现的,FPGA承担了绝大部分的控制和数据处理任务,是本设计的核心器件。对FPGA进行模块 化设计,是大型系统设计的常用方法。合理分割功能模块,能加快FPGA的开发,也有利于代码的移植和重复利用。在设计时将FPGA分成高速A/D接口模 块、数据降速模块、调理通路控制模块、存储接口模块、PXI接口控制模块等主要功能模块设计。FPGA内部模块划分和数据流向如图2所示。  A/D接口模块主要实现FPGA和高速A/D转换器的互联,以LVDS格式总线接收数据和采样时钟,该部分电路决定数据采集的稳定性,需要从硬 件和软件两个方面保证;数据降速模块采用抽取滤波器将信号降低到需要的采样速率;调理通路控制模块主要实现对A/D前端电路的控制,包括耦合方式、匹配阻 抗选择、增益自动控制、偏置和触发电平控制等;PXI接口部分主要实现和PXI主机的通讯译码;存储控制模块完成对外部SRAM的控制,实现数据缓存;时 钟管理模块负责采样时钟的分频、倍频等处理。  2.2 高速数据采集和存储接口设计  高速数据采集系统的输入输出接口设计是尤为重要的,高速IC芯片的相互连接是决定数据采集系统稳定性的关键因素之一,低功耗及高的信噪比是有待 解决的主要问题。通常实现高速采集系统中芯片间互联有两种接口:PECL和LVDS。正电压射极耦合逻辑PECL(Positive Emit-ter-Coupled Logic)信号的摆幅小,适合于高速数据的串行或并行连接,PECL间的连接一般采用直流耦合,输出设计为驱动50 Ω负载至(VCC -2V),连接电路如图3所示。  低压差分信号LVDS(Low Voltage Differential Signal)标准是一种小振幅差分信号技术,它使用非常低的幅度信号(100~450 mV)。通过一对平行的PCB走线或平衡电缆传输数据。在两条平行的差分信号线上流经的电流方向相反,噪声信号同时耦合到两条线上,而接收端只关心两信号 的差值,于是噪声被抵消。由于两条信号线周围的电磁场也互相抵消,故差分信号传输比单线信号传输电磁辐射小很多,从而提高了传输效率并降低了功耗。 LVDS的输入与输出都是内部匹配的,采用直连方式即可,连接方式如图4所示。  本设计中。A/D转换器选用Mamix公司的MAXl215,该芯片是一款12 bit/250 Ms/s的高速A/D转换器,它具有出色的SNR和SFDR特性,使用250 MHz差分采样时钟,接收差分输入信号,输出12位LVDS格式的差分数字信号,提供差分同步时钟信号。为了提高测试精度,单端的输入信号需要转换成差分 模式后再送入A/D,增益调整及单端到差分转换电路的局部如图5所示。考虑阻抗匹配问题,在单端信号转换为差分模式时,需要在2个差分线上串联50 Ω的匹配电阻,作为LVDS信号的发送端。  在PCB的设计中,对差分线要进行特别处理。差分线在走线区间内的实际布线公差应控制在5 mil内;差分对内两条线之间的距离应尽可能小,以使外部干扰为共模特征;要保证每个差分对内的长度相互匹配,以减少信号扭曲;采用电源层作为差分线的信 号回路,因为电源平面有最小的传输阻抗,可以有效减少噪声影响。图6所示为本设计PCB的局部。  本设计中FPGA作为LVDS信号的接收端,首先需要将A/D输入的LVDS差分数据和同步时钟信号转换成单信号。此处选用了xilinx公司 的VirtexⅡ-Pro系列FPGA,该系列的FPGA嵌入了高速I/O接口,能实现超高带宽的系统芯片设计,支持LVDS、LVPECL等多种差分接 口,适应性很强,为高速数据接口提供了完善的解决方案。LVDS差分信号的接收可以通过例化IBUFDS_LVDS这个模块来实现,同时在程序中设置使用 内部的匹配电阻,实现LVDS的阻抗匹配。差分时钟信号由全局时钟输入脚接入FPGA,然后通过调用xFPGA特有的数字时钟管理模块(DCM),将时钟 转换成单信号并进行分频、移相等处理,作为后续处理的时钟信号。  2.3 PXI接口设计  PXI是PCI在仪器领域的扩展(PCI eXtensions for Instrumentation),它将CompactPCI规范定义的PCI总线技术发展成适用于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规 范,从而形成了新的虚拟仪器体系结构。PXI模块化仪器系统具备高速的性能,并与PCI保持兼容性,形成一种主流的虚拟仪器测试平台。本设计中使用 PCI9054进行PXI接口硬件的设计,PCI9054是美国PLX公司生产的一款32位/33 MHz通用PCI总线控制器专用器件,它具有强大的功能和简单的用户接口,为PCI总线接口的开发提供了一种简便方法。  2.4 PXI驱动开发  PXI的软件要求包括支持Microsoft Windows NT和95(WIN32)这样的标准操作系统框架,要求所有仪器模块带有配置信息(configuration information)和支持标准的工业开发环境(如NI的LabVIEW、LabWindows/CVI和Microsoft的VC/C++、VB和 Borland的C++等),而且符合VISA规范的设备驱动程序(WIN32 device drivers)。本设计应用KRF-Tech 公司的Windriver来编写设备驱动程序,Windriver针对PLX和AMCC的专用接口器件编写了API函数包,降低了开发难度。驱动程序的软 件流程图如图7所示,图8是本数字化仪模块软面板的界面,对数字化仪的所有控制都可以通过设置该虚拟软件界面来完成。  3 结束语  本文给出了基于PXI总线接口的高速数字化仪模块的设计实现方法,介绍了高速数据采集系统中LVDS接口、LVPECL接口电路结构及连接方 式,并在所设计的数字化仪模块中得到应用。系统可以稳定的工作在250 MHz,实现高精度、长时间的数据采集和分析。该数字化仪模块已成功应用于多个PXI测试系统中,广泛应用于工业自动化、通信、科研、军事、航空航天、消 费电子等多个领域。

    时间:2018-10-30 关键词: 模块 数字化仪 总线接口 总线与接口 pxi

  • 基于NI PXI平台的旋转机械工作模态测试

    基于NI PXI平台的旋转机械工作模态测试

    The Challenge:由于没有白噪声作为激励,同时变转速的旋转机械振动中多个谐波的混叠,造成频率混叠或者无法激励除模态,所以旋转机械工作模态测试(OMA)一直是一个难题。The SoluTIon:使用NI PXI平台和 NI声音振动工具包,构造了能够用于旋转机械的模态测试方案,为旋转机械的共振监测和动态特性测试提供了新方法"基于LabVIEW的图形化开发平台,我们开发了可用于工作旋转机械工作模态测试的ModalVIEW-OMA软件,对测试结果进行处理"背景介绍工作状态模态分析(Operational Modal Analysis)是从来自于工作运行状态的结构振动测量数据中提取结构模态参数的方法,适合在无法施加人工激励或者激励信号无法测量的场合下使用。上个世纪末以来,工作状态模态分析逐渐成熟与发展,并在土木工程和工业领域有着广泛的应用。旋转机械是车辆、船舶和机床等设备的重要组件,它的动态特性决定了整个设备的安全可靠运行。旋转机械的结构模态分析提供了可用于设备状态监测重要信息。使用工作状态的模态分析方法来解决旋转机械的结构模态测试的应用需求不断增加,并引起国内外测试工程人员的浓厚兴趣。旋转机械的运行一般有两种状态:旋转机械运行在一个恒定转速下。这种状态下,旋转引起的对整个机械结构的振动激励可以被视为有着离散频谱的多个谐波组成激励信号,相应的结构振动响应信号的频谱也是多个谐波构成的离散谱。如图 1所示。另一种是旋转机械运行在升速或降速过程。这种状态下,旋转引起的振动激励可以被视为通过某个频率范围的宽频带扫频激励信号,相应的结构振动响应信号的频谱是宽频带响应谱,如图 2所示。功率谱图 1 功率谱(恒定转速)转速-频率谱图图 2 转速-频率谱图(升速过程)本文是针对旋转机械的升速或降速工作的状态下,介绍怎样使用谐波阶次提取和工作状态频率响应函数估计相结合的工作状态模态分析方法,利用旋转机械变速过程的振动信号来提取旋转机械结构模态参数。测试对象与试验设备本文中使用的旋转机械升速过程中的结构振动信号来自于一个旋转机器故障仿真设备,如图 3所示。旋转机械设备图 3 旋转机械设备整个结构振动响应信号通过分别安装在两个轴承座和机器底座的加速度传感器获得。轴承座上的三个加速度传感器分别按照水平,垂直和轴向三个方向安装,获得结构在不同方向上的振动。激光转速计用来测量旋转机械的转动速度,如图 4所示。使用两块8通道的NI 4472动态信号采集卡配合NI 1042Q PXI机箱对加速度振动信号和转速信号进行同步数据采集。传感器的安装布置图 4 传感器的安装布置数据测量与分析调节变频器控制旋转机械的转速从低到高线性变化,同时采集8个通道的加速度信号和1通道模拟转速信号,获得采样频率为1kHz,采样时间为24秒的结构振动数据,如图 5所示。结构振动信号图 5 结构振动信号旋转机械变速过程中,测量到的结构振动信号可以认为是结构对机械旋转激励的响应。由于测量到的振动信号中含有对旋转激励不同阶次的响应。在进行模态分析前,需要用阶次提取的方法获得某一阶次的振动响应信号。整个数据处理流程如图 6所示旋转机械模态分析数据处理流程由于没有白噪声作为激励,同时变转速的旋转机械振动中多个谐波的混叠,造成频率混叠或者无法激励除模态,所以旋转机械工作模态测试(OMA)一直是一个难题。图 6 旋转机械模态分析数据处理流程依照图6,基于LabVIEW的图形化开发平台,我们开发了可用于工作旋转机械工作模态测试的ModalVIEW-OMA软件,对测试结果进行处理。在阶次提取环节,采用了Gabor变换与时频滤波的阶次提取方法从数据中提取某个阶次的振动响应。整个升速过程的转速-频率谱图如图 7所示。提取出的某一阶次的振动信号如图 8所示。旋转机械升速过程转速-频率谱图图 7 旋转机械升速过程转速-频率谱图阶次提取出的振动响应信号图 8 阶次提取出的振动响应信号在计算工作状态频率响应函数(FRF)环节,工作状态FRF的幅度是每个测量信号的功率谱幅度,FRF的相位是每个测点与参考测点之间互功率谱的相位。计算得到的某个阶次工作状态FRF如图 9所示。阶次提取出工作状态FRF图 9 阶次提取出工作状态FRF获得旋转机械结构每个测量点的工作状态FRF后,就可以使用频率域模态参数估计方法来提取结构的模态参数。在模态估计环节,采用了ModalVIEW中最小二乘复频域的方法。获得的模态稳定图如图 10所示模态稳定图图 10 模态稳定图提取的部分模态参数如表 1所示。旋转机械结构的一个模态振型如图 11所示。提取的模态参数表 1 提取的模态参数结构模态振型图 11 结构模态振型总结机械旋转引起的振动激励可以被视为通过某个频率范围的宽频带扫频激励信号,相应的结构振动响应信号的频谱是宽频带响应谱,可以用于工作状态模态分析。谐波阶次提取和工作状态频率响应函数估计相结合的预处理方法,是旋转机械在运行状态下进行模态分析的有效手段。本文简述的测试方法已经作为OMA模块加入到ModalVIEW中

    时间:2018-10-15 关键词: 电源技术解析 ni 谐波 模态测试 pxi

  • SCOUT实现PXI的高性能、短线海量互连

    TheChallenge:   在基于PXI的ATE系统上提出模块化系统的互连解决方案,将PXI设备配置的性能及模块化潜力最大化。 TheSolution:   通过MACPanel公司的SCOUT提供PCB、挠性电路或短线连接性等选项。在110mm的最大线长下,SCOUT能够确保统一、可靠的高性能连接性,避免传统海量互连设计中常见的电缆管理问题。   "PXI平台增强了系统的模块化及可重配置性,更易满足进一步需求。很重要的一点是,PXI平台允许测试系统配置适当的设备以满足其特定需求。"   用户作为全球主要医疗设备制造商,希望开发一种基于PXI构架的全新测试系统平台。过去他们采用VXI仪器,通过MACPanel公司的海量互连方式构建系统。这种方式的优点是能够达到并保持更高的信号完整性,同时极大地降低了系统导线成本   PXI平台增强了系统的模块化及可重配置性,更易满足进一步需求。同时,由于最终系统将在全球发布,很重要的一点是,PXI平台允许测试系统配置适当的设备以满足其特定需求。   测试系统在配置上选择基于NI的各类通用PXI仪器及开关;海量互连则由MACPanelCompany公司的SCOUT系统实现。   MACPanel公司全新的SCOUT系统是可配置海量互连系统,为基于PXI的测试系统提供PCB或短线互连。   每个PXI设备通过直连套件(DAK)适配器与接收机连接器模块连接,提供PXI设备与SCOUT接收机间的直接连通性。所有设备能从接收机前端方便地安装和移除,不会干扰系统线路。DAK适配器采用标准MACPanelL2000系列连接器模块,提供各种连接类型:如信号、功率、同轴电缆、射频、混合方式等连接。PXI设备同接收机模块的连接采用PCB或挠性电路,提供适合的连接性同时降低导线成本。当确定一种连线方案后,DAK适配器除了能够提供传统铰链海量互连接收机设计,还能提供短线方式。   SCOUT海量互连系统能够发挥高密度PXI开关模块的最大优势。在PXI设备与SCOUT接收机之间采用PCB、挠性电路及短线连接技术,可以达到前所未有的导线密度,同时避免传统ATE系统布线中常见的导线问题。   SCOUT接收机可通过多种配置适合各类NI的PXI机箱。超级传输DAK组件可用于所有PXI设备。同时,DAK还能够轻松通过用户配置满足特殊应用需求。   随着数台设备在全球成功发布,转而PXI技术已被认为是成功的,能够满足甚至超越所有制定的技术及预算指标。   更多关于SCOUT海量互连系统的详细内容及本地联系方式,可访问网站macpanel.com。   如果您有任何问题,请留言给NI工程师,我们会尽快给您回电!

    时间:2018-10-15 关键词: 高性能 海量 scout pxi

  • Pickering Interfaces推出高性价比、高精度的PXI RTD仿真模块具有简洁的编程控制功能

    英国Pickering公司于近日发布了一款PXI RTD仿真模块40-263系列。该系列模块提供了一种高精度仿真PT100,PT500或PT1000的RTD(电阻温度探测器)经济有效的方法。该系列单个模块可在一个或两个PXI槽上支持4,8,12,16,20或24个通道,通道可被设置成短路或开路,以仿真传感器错误接线的故障。     对于仿真PT100,该模块可提供的电阻范围为40Ω至900Ω,仿真PT500的电阻范围为200Ω至4500Ω,仿真PT1000的电阻范围则为400Ω至9000Ω。所有版本针对特定的传感器类型均可仿真约为-150℃至+850℃以上的温度范围。采用电阻值调用函数可使得编程更为简单。 40-263系列模块允许将一个外部数字万用表(DMM)连接到其校准端口上来方便地校验通道电阻。该方法还允许级联,因此使用一个数字万用表可以校验多个模块。另外,当被测设备(DUT)连接在模块上时,也可以进行校验。 英国Pickering公司的仿真产品经理Paul Bovingdon先生对该产品做了进一步说明,他说: “该产品模块化PXI的配置提高了系统集成的灵活性和可扩展性,并且这些模块单元可以与PXI机箱,PXIe混合机箱或Pickering的USB/LXI机箱相兼容。适用于所有与RTD传感器配合使用的被测设备,比如大型远洋船舶发动机、卫星及其他诸多应用。” 英国Pickering公司承诺所有产品都包含标准的三年质保以及长期的产品支持服务。更

    时间:2018-10-12 关键词: pickering interfaces rtd仿真模块 编程控制 pxi

  • T-Clock技术 实现PXI整合同步测试

    由于单部仪器上的触发/响应通道有限,或因为需要混合信号的触发/响应信道,因此许多测试与测量应用,将需要对多部仪器进行时间控制与同步化。举例来说,一部示波器可能最多有 4 个信道,而信号发生器最多有 2 个通道。从电子业的混合信号测试,到科学方面的雷射光谱学,这些应用都需要对较多的通道进行频率与同步化,或必须针对数字输入与输出信道、模拟输入与输出通道,建立此两分组之间的关系。一、在应用程序中的频率与同步化在电子业界,混合信号测试为测试设备与芯片内建系统(SOC) 技术的一个重要层面。随着将声音、影像,与数据,结合在消费性电子产品与通信产品中的趋势,对于此类技术的测试需求(从基本产品至RF) 则更需要精确的频率与同步化。基本上,混合信号设备具备多个数字与模拟信道。这些信道多半在一部 ATE 系统中同时进行测试,以节省测试时间,并提高处理能力。此外,模拟信道还使用同步取样系统进行测试。同步取样系统需要在模拟转数字 (ADC) 与数字转模拟(DAC) 测试中,将不同的频率进行同步化。在频率领域测量中,这种同步作业可以减少频谱泄漏 (spectral leakage),因此非常需要此同步化作业。以下 LabVIEW 图表显示异步取样与同步取样的效果。白色轨迹是异步频率,采集几次模拟正弦波周期。FFT 的频谱溢漏造成光谱图中的“下摆”。在同样的取样率下,同步取样系统产生的是红色轨迹。同步取样的重要优点之一,是因为信号采集时间较短,因此缩短了测试的时间。之所以能够缩短采集的时间,是因为不需要采集额外的信号周期(这些额外的数据是应用于数字窗口中,以便消除频谱泄漏)。原则上,能够满足市场上种类多样设备弹性需求的ATE系统应该为仪器提供衍生自主要参考频率的不同频率,以便进行同步取样。此外,这套系统应该能够提供源自主要参考频率的任意频率频率。图 1. 以T-Clock (TClk) 同步NI PXI-5421 任意波形发生器与NI PXI-5122示波器,以更短的时间与更高的准确度,达到相位的同步在通信方面,模拟及数字基带I/Q信号的产生及采集需要相位偏移 (phase offset) 与控制。数字信号发生器/分析仪,以同步化任意波形发生器与示波器,以处理数字与模拟 I/Q 信号的产生与采集。举例来说,在 3G W-CDMA 模式中,以接近 5 MHz 带宽的信号而言,各信道之间的相位差距值及增益差距值,分别可以低到 0.003% 与 0.1%。在未来的 4G 通信模式中(例如多重输入、多重输出,MIMO),将殷切需以同步化进行多通道的基带、IF,与 RF 信号产生与采集。一项正渐渐成形的技术──数字波束成形(Digital Beamforming),正开始进入多种应用环境中,例如 4G MIMO 通信、国防,与航天工业的雷达应用。数字波束成形需要具备数字能量降转 (downconversion) 引擎的多信道相位协调数字化系统。在半导体业方面,实务上的数字测试可能要消耗数千个数字针脚。市场上典型的整合电路 (IC) 可能要占用数字 I/O 的 200 个针脚。在这种应用环境中,多部数字信号发生器及分析仪进行同步化,并以不可或缺的针脚对针脚偏斜与抖动,来处理大量接脚的 IC。在消费性电子方面,组件的数字影像信号产生与采集,可能需要多达五种不同的信号:三个主要的影像信号、H-Sync,与 V-Sync。通过频率与同步,可同步化任意波形发生器和示波器,分别产生并采集高画质的影像信号,像素速率可以逼近 165 MHz。CMOS成像传感器(一种可望随着影像电话与数字相机普及,而成为主流的技术),就是混合信号技术的范例。其中的任意波形发生器、示波器,与数字信号分析仪经过同步化,供设计验证与检验芯片或芯片组。在物理科学方面,具备大量信道的数字化系统被应用于电浆融合、雷射分散实验,与粒子和天体物理学的光子/粒子侦测和追踪。在这些例子里,具备大量信道的数字化系统用于以 2D 或 3D 方式重建时空现象。这种应用方式需要多个通道同时取样,有时甚至超过数百个通道。在医疗诊断系统方面,由于出现低价位 12 与 14 位的 50 MHz ADC,3D 数字成像系统正在迅速取代模拟系统。这类系统往往拥有数百到一千多个通道。在非破坏性测试中,3D 超音波成像是通过包含 50 MHz 示波器的多信道系统所完成。一种比超音波成像更为进步的成像方法──光学同调断层扫描术(Optical coherence tomography,OCT),可能需要数个示波器通道,以沟通多种光电二极管,进行同步取样。正如这许多应用领域所呈现的趋势,频率与同步技术,将是多信道信号/数据发生并采集的重要元素。二、NI的模块仪器平台目前的NI模块仪器硬件平台为PXI3 与PCI。这2 种平台在本质上即为模块形态,并且使用PCI 总线做为PC 和仪器之间的接口。于 1997 年推出的 PXI 是一项开放标准,许多厂商提供各种 PXI 模块,包含从影像采集到 RF 矢量信号分析仪。PXI 开始迅速获得采用,主因是其小体积、可移植性、因采用 PCI 总线的高处理能力,与较低的价格;而 PXI 之所以拥有以上的特性,是因其采用庞大 PC 产品所开发出来的标准商业技术。就功能而言,PXI 扩充了 CompactPCI 标准,加入局部总线与同步化功能。就同步测量而言,内建至 PXI 中的重要组件包含参考频率、触发总线,与星型触发总线3。图 2. CompactPCI 平台的 PXI 频率与触发延伸图解局部总线触发器频率星状触发器总线PXI13条线路8 TTL10 MHz TTL每个扩展槽1个三、同步化的建构组件要在多部设备之间取得同步化,则必须检视频率和触发器的分布。同步化有两种主要模式,但是在探讨这些模式之前,我们必须先定义以下的用语。取样频率、参考频率、触发器,与主要设备和从属设备由于并未标准化将测量设备同步化的信号名称,可能会因为设备类型和制造商而有所不同。本文件使用以下名词来指称高速测量设备,以说明用于控制测量的不同类型信号。取样频率是时间信号,用于控制示波器与信号发生器上的ADC 与DAC,以分别进行模拟转数字与数字转模拟操作。取样频率亦控制数字信号发生器/示波器,于取得或产生数字波型速度时的信号。在大多数的情况下,取样频率是一个周期信号,源自设备上的一个晶体振荡器。晶体振荡器技术的类型包含电压控制式晶体振荡器(VCXO)、温度控制式晶体振荡器(TCXO),与恒温晶体振荡器(OCXO)。参考频率──许多仪器内含相位锁定环路(PLL)。PLL 可将其输出频率锁定为其输入端口的参考频率。在仪器方面,虽然有许多仪器提供多种可允许的频率做为参考频率,但是常见的频率为10 MHz。PLL 的输出通常就是取样频率。PLL 允许取样频率频率锁定为参考频率频率。因此取样频率的绝对频率准确度与参考频率的频率准确度相同。触发器信号控制在最高层级时的数据采集。外部事件或触发器是启动采集与信号产生的主要方法。触发器有各种不同的形式,包括模拟、数字,与软件。主要设备及从属设备──在建立同步化之测量系统时,通常将指定一部设备做为主要设备,其他一或多部设备为从属设备。主要设备负责产生用于控制系统中所有测量设备的信号。从属设备则接收来自主要设备的控制信号。同步化的目标,是精确地让多部硬设备产生并接收模拟与数字信号。频率与同步的分级之一,称为同质频率(homogeneous timing) 与同步化──2 部设定相同的同样设备,其取样频率之间具有精确的相位关系,同时开始产生并/或采集信号。以下的范例说明同质同步化:• 2 部示波器以200 MS/s 的速度采集数据,其取样频率之间具有精确的相位关系:在同一时间触发、垂直增益设定、AC/DC 偶合设定、输入阻抗设定、DC 偏移量设定,与模拟过滤器设定皆相同。前一个范例中有一重要现象,就是同质同步化的许多设定关联。举例来说,示波器前端的增益阶段与模拟过滤器的延迟,将导致前端接头与ADC 之间的延迟。同质同步化可能意指许多不同的状况。以下的一些例子都可用于说明同质同步化:• 2 部示波器分别以200 MS/s 与100 MS/s 的速度采集数据,其取样频率之间具有精确的相位关系:在同一时间触发、垂直增益设定、AC/DC 偶合设定、输入阻抗设定、DC 偏移量设定,与模拟过滤器设定皆相同。• 任意波形发生器与示波器均以100 MS/s 的速度进行取样,其取样频率之间具有精确的相位关系,并在收到触发器信号时,以设定的时间延迟开始操作。• 1 部示波器、数字信号发生器/分析仪,与任意波形发生器,分别以50 MS/s、200 MS/s,与100 MS/s 进行取样,其取样频率之间具有精确的相位关系,并在收到触发器信号时,以设定的时间延迟开始操作。以上的例子清楚说明同质频率与同步有许多可能性,得以处理应用方面的需求。各设备上的不同设定,可导致在同一时间点上进行取样的信号/数据发生延迟。关键在于经过同步化的系统校正,这一点将在本文后面进行讨论。四、同步化模式之一:使用取样频率进行同步化主要设备可输出触发器信号与取样频率至从属设备,以控制测量系统的运作。举例来说,由多部示波器与信号发生器构成的系统,将具备由主要设备提供的取样频率。如图3 所示,主要设备的取样频率,将直接控制所有设备上的ADC 与DAC 频率。举例来说,NI 动态信号分析仪(如NI 4472 与NI 4461,分别为24 位104 kS/s 与208 kS/s) 即使用这种技术进行同步化,应用于声音与振动测量。这种模式是最单纯的相位连贯取样模式;多部设备接收相同的取样频率。因此所有设备都获得相同的取样频率正确性、偏移,与抖动。这种模式的缺点在于无法满足所有相位连贯同质频率的需求。图 3. 使用取样频率进行同步化五、同步化模式之二:使用参考频率进行同步化亦可在多部测量设备之间使用相同触发器与参考频率,以达成同步化。在这种模式中,参考频率可以由主要设备提供(主要设备必须内建参考频率),或是由专用的高精度频率来源提供参考频率。这种模式的优点,即可从单一参考频率取得同样的取样频率,让所有的取样频率皆锁定于此相位。缺点是各设备上的相位连贯取样,并不如直接使用取样频率那样单纯,因为每一部设备的时间都会产生影响,因此必须考虑到设备频率的抖动问题。PLL 即经常采用此种模式进行同步化,并产生取样频率。图 4. 使用参考频率进行同步化图 5. 高速的取样频率使用 PLL 进行同步化。六、同步化的问题发送频率与触发器以获得高速同步化之设备,遭遇到些许的问题。针对同步化而言,必须协调多部测量设备的潜在因素与时间不确定性;对于高速测量系统而言更是如此。工程师往往在最初的系统设计时间中忽视这些问题,而限制同步化系统的速度与准确性。在发送频率与触发器时的2 个主要问题,即为偏斜(skew) 与抖动(jitter)。七、取样频率同步化以本质来说,混合信号测试需要在各仪器上采用不同的取样率,因为模拟波形 I/O 与数字波形 I/O 必须采用不同的取样率;但是均必须进行同步化。更重要的一点,必须在各仪器上,以正确的取样频率边缘进行数据取样。当不同仪器上的取样频率均为 10 MHz 参考频率的整倍数时,所有的仪器都将拥有与其他仪器同步的取样频率──所有取样频率的提高间距都与 10 MHz 频率边缘 (edge) 相符。如图 6 所示,尽管已锁定相位为 10 MHz 参考频率,但当取样频率不为整倍数时(如 25 MHz),就不能保证取样频率同相 (in phase)。目前使用标准技术来解决这个问题,即同时重新设定所有的 PLL,使得同频率的取样频率变成同相,如图 7 所示。即使此时所有的取样频率皆为同相,但是此解决方法仍然不完全。完全同步化为:从设备到设备的数据时间,位于一个取样频率周期中。完全同步化的关键在于触发,将于下文中讨论。图 6. 未校准之 25 MHz 取样频率图 7:使用重设使 PLL 同步化频率偏斜(skew)与抖动(jitter)工程师必须仔细规划取样频率与/或参考频率的发送。举例来说,一个经同步化的测量系统若要以 200 MS/s 取样率,于 20 个通道同时进行取样。则表示要将频率发送到 10 个双通道的示波器。如果取样频率偏斜 1%,则偏斜不能大于 25 ps。这样一个系统看起来极具挑战性。还好,偏斜限制可针对每部测量装备的偏斜进行校正来解决;可以在取样数据中,就偏斜部份加以补偿。真正的问题是频率频率。无论是发送一个 200 MHz 直接取样频率或 10 MHz 参考频率,都会在系统中造成抖动。发送系统的物理性质,在发送频率的准确性上扮演重要角色;如果频率的路径容易受到高频电子噪音的影响,那么频率抖动就会成为明显的问题。针对用于发送高频取样频率的平台,制造、测试,与校正都变得极为昂贵。因此在许多高频系统中,普遍会使用较低频的参考频率来进行校正。图 8 是安装在NI SMC 模块仪器中的典型 VCXO PLL。回路带宽维持在最低,以防止来自参考频率的抖动,同时设备 VCXO 的抖动则低于 1 psrms。这样的系统可以有效地成为一个低抖动的同步系统。NI 的 PLL 设计中,有一项非常有用的特性,就是使用一颗相位 DAC。使用相位 DAC 时,可将“VCXO 输出”和“输入的参考频率”进行相位对正。表面上,VCXO 输出与参考频率同相;但可能必须将 VCXO 输出略为偏斜,使输出的相位稍微偏斜。当送进各设备中的参考频率因为传送延迟而有些许偏斜时,则该项功能对于校准多部设备的取样频率就非常重要。举例来说,在 NI PXI-1042 的机架中发送 10 MHz 参考频率时,插槽至插槽的偏斜最高有 250 ps,最多有 1 psrms 的抖动。虽然 250 ps 的插槽至插槽偏斜对大部份应用而言没有问题,但可能不适合极高速应用;因为其相位准确度很重要。为了解决这个偏斜问题,相位 DAC 的输出可加以调整,以校正偏斜。在 NI PXI-5422,200 MS/s取样率的任意波形发生器,与 NI PXI-5124,200 MS/s 取样率的示波器中,取样频率的相位/延迟调整为 5 ps,因此使用者在同步化多部设备时,可拥有极大的弹性。图 8. 具备相位调整 DAC 的 PLL──相位 DAC 使取样频率对应于参考频率的延迟更加有弹性。触发器偏斜与扭曲在解决取样频率同步化的问题之后,另外一个主要问题就是发送触发器以启动同步作业。触发器可能来自1 个数字事件,或来自符合触发条件的模拟信号。一般来说,在多信道系统中,其中1 部设备被设定为主要设备,其余的则指定为从属设备。在这个情况下,主要设备将发送触发信号给系统的所有从属设备(包含其本身)。这里出现的2 个问题为触发延迟 (delay) 和偏斜 (skew)。从主要设备发送到所有从属设备时会发生触发延迟,而每部从属设备之间会发生扭曲;此现象虽无法避免,但是此种延迟与偏斜均可加以测量,并进行校正。然而在测量延迟与偏斜时,所面对的挑战分成两个阶段:1. 自动测量主要设备和每一部从属设备之间的触发延迟,并进行补偿。2. 确保从属设备之间的偏斜极小,以确保所有设备皆在同样的频率范围内收到触发器。将触发信号发送到多部设备,需要将触发信号传送到取样频率的频率范围中,使触发器能在正确的时间点上传送到每一部设备。在取样频率低于或等于 100 MS/s 时,偏斜会成为触发器正确发送的主要障碍。举例来说,若系统内含10 部 200 MS/s 取样率的设备,每部设备必须在 5ns 的时间范围内收到触发。则此限制对于想要提供 100 MHz 以上频率与同步的平台造成明显负担。触发信号必须以低于取样频率的频率范围发送,否则必须建立1 个未经总线的方式来发送触发器信号(如点对点联机)。这种平台的价格过高,并非使用主流。因此必须采用另外一个发送通道:让触发器信号使用低频率范围,以稳定地发送,并且传送到高速取样频率范围。理想的选择之一,即为同步化触发器信号的发送与 10 MHz 的参考频率。但是,当取样频率并非10 MHz 参考频率的整倍数时,就无法确保2 组适配卡能于同一个取样频率周期中收到触发器信号。为了说明这一点,假设2 部设备拥有图 9 所示之简单回路4,供触发器从 10 MHz 参考频率范围传送到取样频率范围。图 9. 10 MHz 触发器自参考频率范围传送至取样频率范围即使设备的取样频率相同,以下的频率图表显示在2 部装置中,无法于相同取样频率周期中看到触发的原因。图 10. 亚稳定 (Metastability) 在触发器上的效果第一次触发器的输出(cTrig) 可能发生在过于接近取样频率升高边缘的地方,导致mTrig 变成亚稳定(metastable) 状态。当稳定状态安定下来时,在不同的设备上可能有不同的处理方式,导致将同一个触发器信号视为发生在不同时间的2 个事件。八、SMC模块仪器与TClk2003 年时,NI 以同步化与内存核心(Synchronization and Memory Core,SMC) 为基础,推出第一代PXI 示波器、任意波形发生器,与数字信号发生器/分析仪。SMC 中使用的关键技术之一,就是供频率与同步应用的T-Clock (TClk) 技术。TClkNI 开发1 种同步化的方法,当布署另外的信号频率范围时,可启用取样频率校准,与触发的发送和接收。Tclk 技术的目标包含2 方面:• TClk 可针对已相位锁定10 MHz 参考频率,但却未校准的取样频率进行校准。• TClk 可正确触发同步化后的设备。TClk 同步化即具弹性,而且范围广阔;可应用于下列环境中:• 使用NI PXI-6653 Slot 2 系统频率与控制模块,从单一PXI 机架延伸至多部PXI 机架的同步化,以配合大型通道之用。• 同质予异质同步化──使用外部或内部取样频率,以相同或不同取样率运作的设备。• TClk 同步化可以运用在模式一与模式二中,如上文所描述。图 11. 使用 NI PXI-6653 系统频率与控制模块进行多机架同步化;由主控机架发送 10 MHz 参考频率至所有的从属机架。NI MXI-4 可控制所有的从属机架。TClk 同步化的目的,是让设备能够同时对触发器响应。“同时”指在同取样时段中,而且尽可能校准其取样频率。达成 TClk 同步化的方式,是让每一部设备根据取样频率产生一个触发频率 (TClk)。触发器与 Tclk 脉冲进行同步化。从外部来源接收的触发器,或是在内部自行产生的设备,将于 TClk 的负缘 (falling edge) 上传送信号至所有设备(包含本身)。TClk 频率低于取样频率与 PXI 的 10 MHz 参考频率,以配合 NI PXI-1045 的18 槽机架(从插槽 1 至插槽 18 之间的传播延迟,可能会延长至数个毫微秒)。如果应用程序呼叫多部机架时,传播延迟高于一般正常机架间的延迟,则可设定 TClk 频率。此时即出现“实时”数据采集的问题;如果符合触发器条件,而且必须触发 10 部示波器,那么由于触发器对 TClk 的同步化操作,潜在的问题就会浮现。处理这个问题的方法,是使用设备样本内存缓冲区中的触发前样本与触发后样本。所有的 TClk 设备,均能接受因触发器对 TClk 进行同步化而造成的时间延迟。举例来说,将10 部示波器设定为同时采集 10,000 个样本。取样率为 200 MS/s (取样时间5 ns),而引用之 TClk 频率则设定为 5 MHz (取样时间200 ns)。这表示因 TClk 对触发器同步化所导致的采集延迟,可能高达 40 个样本。TClk 设备的设计会自动填补内存缓冲区,以补偿触发事件和开始采集之间的延迟,而 NI-TClk 驱动程序软件会自动调整所有示波器上的时间标记,以反应开始采集与触发事件之间的时间关系。使用内部(PXI)参考频率,或使用者参考频率进行TClk运作的概述所有设备以下列的方式进行同步化。请参阅图 12 的计时图表,了解取样频率的校准;图 13 则说明触发器的发送与接收。1. 每部设备都设定1 个取样频率,并且设定为接收TClk触发器。2. NI-TClk 软件根据取样频率与设备数目,来自动计算TClk 频率,每部设备皆产生TClk (自该设备的取样频率而来)。3. PXI 10 MHz 参考频率(在PCI 环境中,则使用某一个设备的内建参考频率) 发送至所有设备,锁定所有设备的取样频率相位。4. 每一部设备的取样频率相位皆锁定于10 MHz 参考频率,但是在这个阶段中,并不一定和彼此同相(in phase)。5. 一个称为同步脉冲频率(Sync Pulse Clock) 的时间信号,将通过PXI 触发器总线(在PCI 适配卡上则通过RTSI 总线),发送给所有频率类似参考频率的设备。10 MHz 参考频率在此除了是参考频率之外,也扮演同步脉冲频率的角色。6. 当PXI 触发器总线(在PCI 适配卡上则为RTSI 总线) 上的同步脉冲频率(10 MHz 参考频率) 够高时,即从其中一部设备产生同步脉冲。7. 在收到同步脉冲时,每设备经过初始化,以寻找同步脉冲频率的第一个正缘(rising edge)。8. 在侦测到同步脉冲频率的第一个正缘时,每部设备均程序设计为测量此正缘和TClk 设备第一个正缘之间的时间。所有设备均会测量这2 道正缘之间的时间。9.所有设备上的TClk 测量结果,将比较另一个TClk 参考测量(NI-TClk 驱动程序会自动选择其中一部设备),而且所有设备的取样频率与TClk,均藉由调整所有设备上的相位DAC 输出,以自动进行校准。10. 在校准所有设备的取样频率之后,触发器信号即从指定的主要设备,通过TClk 发送至其他所有设备。触发器信号随着主要设备的TClk 负缘发送,所有的设备都被设定于TClk 的下一个正缘时,启动信号产生或采集。这个信号也通过PXI 触发器总线(PCI 适配卡则通过RTSI 总线) 来发送。请参阅图13。T-Clock 同步化有2 项属性可影响此方法:• 同步脉冲的发送对于TClk 同步化而言极为重要。同步脉冲必须到达每一部设备,让每一部设备在进行TClk 测量时,都寻找同步脉冲频率的同一段正缘。偏斜(skew) 不能超过同步脉冲频率的期间。只要同步脉冲频率期间为100 ns,这个问题很容易就可以解决。TClk 同步化可轻易地从在一部机架内扩充到数10 部机架,因为每呎50 奥姆缆线的标准延迟是2 ns。• 取样频率校准的正确性与同步脉冲频率(参考频率) 的偏斜息息相关。参阅图12,则可看到2 部设备接收到的参考频率均产生偏斜。假设已校准2 部设备的TClk 测量的同步脉冲频率;2 个TClk 测量之间的差异用于移动取样频率,使之进行校准。同时在下一节中我们也可以看到,利用目前的技术,可以达到2 个层次的效能:实时效能与校正效能。图 12. 使用 TClk 校准取样频率的时间图表。图 13. 使用 TClk 进行触发器发送的时间图表概论:以用户提供之外部取样频率进行TClk 作业在这个图表中,TClk 同步化不会校准各设备上的取样频率,因为是略过 PLL 回路,从外部提供取样频率。TClk 同步化确保启动/停止触发器的发送,使每一部设备都在同样的取样频率边缘开始及停止采集/产生信号。TClk 达成这项操作的方式是采用和以上所介绍的、从取样频率取得 TClk 以发送触发器信号的相同方法。在这里,正确的取样频率校准工作由你供应的取样频率来负责。为了确保最佳的效能,在取样率高于 100 MS/s 时,应该使用同长度的缆线,从频率来源连接至系统中的每一部设备,提供低抖动取样频率(小于 1 psrms)。参阅图13,可了解触发器发送与接收的情形。1. 每一部设备皆设定为接收TClk 触发器与外部取样频率。2. NI-TClk 自动根据取样频率与设备数量计算TClk 频率。然后,各设备根据设备的取样频率产生TClk。3. 触发器信号使用TClk,从指定的主要设备发送至其他所有的设备;触发器信号随着主要设备的TClk 负缘发送,所有的设备都设定于TClk 的下一个正缘时启动信号产生或采集。此信号也通过PXI 触发器总线(PCI 适配卡则通过RTSI 总线) 来发送。请参阅图 13。九、TClk技术的性能实时性能多部设备若要获得稳定的同步化,可以将设备加入PXI 机架中,再使用NI-TClk 软件来执行这些设备(请参阅图14 的说明)。关键的软件组件包括3 个VI/函式,而使用者必须设定其参数。图 14. 在多部任意波形发生器和示波器之间,使用 TClk 同步化的 LabVIEW 程序区──NI TClk 提供的3 个 VI/函式将设备同步化在NI PXI-1042 机架中,TClk 同步化可于各设备间偏移低于1ns 的情况下,使各设备同步化。标准的偏移范围在200 ps 至500 ps 之间。各设备之间的信道对信道抖动(jitter),将受到设备的内蕴系统抖动影响。举例来说,NI PXI-5421 为100 MS/s 取样率,16位分辨率的AWG 系统总抖动量为2 psrms。由TClk 同步化的NI PXI-5421 设备,该信道对信道抖动通常低于5 psrms。使用NI PXI-5122 的100 MS/s 取样率、14位分辨率示波器时,其信道对信道抖动常低于10 psrms。图 15. 2 部示波器进行 TClk 同步化的实时效能图15 中的LabVIEW 人机接口,正测量安装于NI PXI-1042 机架中的2 组NI PXI-5122 之间偏移量。在这个测量设定中,偏移量约为523 ps。每示波器皆设定为以100 MS/s 取样率,对同样5 MHz 的方波进行取样。信号使用同样长度的缆线,分开输入各示波器中。信道对信道抖动大约是6 psrms。数据是由方波的49,998 个过零(zero crossing) 所编译出来的。直方图中的高斯分布,反应出抖动是由随机噪声产生的,而不是系统中的固定噪声源。图 16:以 TClk 同步化的 NI PXI-5421 任意波形发生器信道对信道抖动测量图16 是对2 部以TClk 同步化的NI PXI-5421 任意波形发生器,所进行的信道对信道抖动测量。2 部设备都设定为以100 MS/s 取样率产生1 个10 MHz 方波。此为Tektronix 高效能抖动测量通信信号分析仪(CSA) 8200平台上,以80E04 TDR 模块所进行的测量。图16 中的直方图数据反应出信道对信道抖动低于3 psrms。直方图所回报的数据并非信道之间的偏斜;而是从方波的过零触发,到受测量方波的下一个正缘之间的延迟(亦即1 个通道用于触发第2 个通道的过零测量)。直方图呈现测量结果,并反应出信道对信道抖动的情形。校正TClk同步化正如先前所提到的,标准的偏斜范围可能在 200 ps 至 500 ps 之间。这个偏斜范围可能无法满足部份应用程序的要求,因为此测量要求通道间必须要有更高的相位准确度。在这种情况下必须进行手动校正。手动校正可以将设备间的偏斜降至 30 ps 以下。图17 的 LabVIEW 人机界面显示 NI PXI-5122,100 MS/s 取样率示波器,与NI PXI-5124,200 MS/s 取样率示波器之间的偏斜。可发现偏斜是大约是 15 ps,信道与信道间的抖动大约是 12 psrms。数据是由方波的 10,000 个过零点编译而得。图 17. 经校正的 2 部示波器TClk 同步化──100 MS/s 取样率的NI PXI-5122,与 200 MS/s 取样率的 NI PXI-5124──典型的偏斜大约是15 psrms,信道与信道间抖动大约是12 psrms。图 18. 手动校正 TClk 同步化的 NI PXI-5421 任意波形发生器 10 MHz 方波负缘放大图──偏斜大约是 20 ps。图18 为使用CSA 8200 进行手动校正TClk 同步化的2 部NI PXI-5421 任意波形发生器,中间所产生的偏斜。注意:偏斜约为20 ps。2 部设备产生的波形是一道10 MHz 方波。手动校正包含使用 PLL 回路(参考图8) 中的相位调整 DAC,以调整各设备的取样频率。举例来说,在将2 部任意波形发生器进行同步化时,同步化之输出可通过高速示波器加以检视,而 AWG 的取样频率也可使用相位调整 DAC 移到其它设备。通过这个手动过程,多部任意波形发生器之间的偏斜,可从数百个兆分之一秒(picosecond) 减少到 30 ps 以下。在对2 部示波器进行同步化时,会使用同样长度的缆线,将1 个低相位噪声信号输入每示波器中。偏斜可以用软件来测量,示波器的取样频率也可根据其他示波器的相对关系进行调整。同样的方法亦用于数字波形发生器/分析仪的同步化。可用高分辨率调整取样频率。在 100 MS/s 取样率的设备上(如 NI PXI-5122、NI PXI-5421,与 NI PXI-6552),取样频率的延迟调整分辨率为 10 ps,可调整为±1 个取样频率期间 (10 ns)。在 200 MS/s 取样率的设备上(如 NI PXI-5422 与 NI PXI-5124),调整分辨率为 5 ps,则可调整为 ±1 个取样频率期间 (5 ns)。因此,设备之间的偏斜可进行精确手动校正。

    时间:2018-09-07 关键词: t-clock技术 同步测试 pxi

  • 利用LabVIEW和PXI开发适用美国海军潜艇

    The Challenge:开发一个适用于美国海军潜艇战斗系统的小型、稳定且灵活的性能验证与错误检测系统。The Solution:利用NI LabVIEW 和LabWindowsTM/CVI 软件以及PXI 硬件,实现一个可靠的、可移植的运输-状态配置,它适合通过潜艇舱孔,并提供了开放产品拓展所需的灵活性。"NI PXI系统提供一个满足系统灵活性要求的配置。该产品尺寸小且架构稳固,它提供了可以满足未来潜在需求的大量模块。"为商业现成可用技术开发一个性能监测和错误检测系统现今,商业技术(COTS)在战斗系统中得到广泛运用,并呈扩大趋势,此技术具有低成本高性能的特点。用于弗吉尼亚型潜艇的美国海军非推进电子系统正广泛使用COTS技术,并获得了一定技术领先优势。然而,海军方面预见到,这一思路存在新一类供应问题,因为这些战斗系统需要包含错误检测和性能验证功能,无论在初始安装,或是修理、配换以及进行升级时都是如此。典型情况下,错误检测系统包含灵活的技术,如嵌入式软件或硬件。在BCO 公司,我们需要确定特定模块,当工作于期望的原有标准商用工业总线——欧洲插卡式模块(VWE)环境时,是否能正常工作。该小型企业创新研究(SBIR)项目评估了热箱测试解决方案,该解决方案对现有目录中的绝大多数COTS软硬件提供了灵活的支持,其初始目标为6 种使用频度较高的VME 模块。我们开发了具有一个原有环境系统(NES)和一个独立的激励与支持(SMS)部分的双重处理环境。其中,NES支持位于自包含热箱中的VME 设备,包含目标VME 模块充当支持或受测单元的角色。SMS包含一个PXI/SCXI 配置组件,该配置组件提供一个用户界面以及测试软件的运行。SMS通过串行通信以及利用PXI/SCXI 资源实现的多路复用信号处理,控制与监测NES。利用NI 软件快速开发与协调在开发过程的早期阶段,我们利用LabVIEW,快速创建了图形化用户界面并构造其原型,同时与美国海军方面共同评审有效的原型。我们还利用LabVIEW协调软件与固件在实时场景下不同平台的多个处理器上运行。我们利用NI LabWindows/CVI 软件创建了一个测试执行引擎。利用该测试执行引擎,用户可以登录,选择测试配置,指定拟运行的软件测试模块,观察测试执行,并生成测试报告。该执行软件还支持我们自己的测试执行程序、我们定制的测试模块和厂商提供的嵌入式自测与界面例程三者之间的进程间通信。PXI 提供小尺寸、稳定而可靠的硬件解决方案我们利用基于NI PXI系统提供一个满足系统灵活性要求的配置。我们之所以选择PXI,是因为该产品尺寸小且架构稳固,它提供了可以满足未来潜在需求的大量模块。此外,PXI 为即使在战斗潜艇上也能工作数周或数月的系统提供了得到验证的可靠性。最后,我们需要一个可以运行我们的基于LabVIEW和LabWindows/CVI 的软件,因而,PXI 是最佳的工具集。

    时间:2018-08-30 关键词: LabVIEW 潜艇 美国海军 总线与接口 pxi

  • 美国空军通过PXI提升任务能力比

    美国空军通过PXI提升任务能力比

    TheChallenge:   开发、生产及支持用于美国空军主要战斗机上LANTIRN系统的测试设备。 TheSolution:   采用基于PC的NI软硬件实现低成本,同时缩小测试系统体积50%。   "我们的方案采用了许多LANTIRN支持设备开始服役后出现的自动化测试行业先进技术。美国空军能够从系统中获得巨大的任务能力比提升,而系统体积能缩小一半以上。"   在2002年,ManTechTestSystems公司从美国空军获得一笔数百万美元的合约,进行LANTIRN系统测试设备的开发、生产及支持。LANTIRN系统(低空导航及夜间红外目标瞄准)用于美国空军主要战斗机上,包括F-15E鹰式战斗机及F-16C/D战隼战斗机。LANTIRN显著提升了这些战斗机的战斗性能,允许战斗机在低空、夜间、恶劣天气下飞行,并使用多种精确制导或无制导引武器攻击地面目标。 采用基于PC的软、硬件降低成本   合约要求ManTech公司升级LANTIRN测试系统,应用于世界范围内19个空军基地。最初的LANTIRN测试系统可追溯到1980年代晚期,使用MicroVAX计算机配合独立仪器。该系统不仅体积巨大,需要七个完整的机架空间,同时随着测试系统组件逐渐被淘汰,美国空军还必须面对众多稳定性及维护问题。很多情况下,美国空军需要工程师重新设计原测试站中被淘汰的组件,这直接促使美国空军在2002年决定开发新一代测试系统。新系统的主要目标是利用商业现货(COTS)技术,诸如符合行业标准的,基于PC的软、硬件,从而缩小系统体积,降低成本。通过制定现货组件,军方能够在行业间选择功能强大且低成本的组件,便于未来的更新升级。 系统体积缩小50%   ManTech选择PXI作为测试系统的一部分,主要因为PXI在COTS技术中的优势,同时又能满足测试中的军方规范。例如,规范中要求的扩充操作及非操作环境条件,NI的新NIPXI-8186Intel基于Pentium4的PXI嵌入式控制器就能符合要求。ManTech公司通过新型Intel现货处理器在性能及成本上的优势,使测试系统满足军方规范中环境条件上的要求。此外,淘汰的MicroVax硬件被替换成PXI及其它系统,极大地增加了测试系统的任务准备时间。   ManTech公司同时能够缩小测试系统的体积,机架空间从七个减至三个,缩小超过50%。这是由于采用了大量PXI设备,包括4U机架空间内的超过17台PXI设备。   关于美国空军对于ManTech公司合同的评价,ManTech测试系统政府部门副主席PeterD.Faulkner表示:“我们的方案采用了许多LANTIRN支持设备开始服役后出现的自动化测试行业先进技术。美国空军能够从系统中获得巨大的任务能力比提升,而系统体积能缩小一半以上。   如果您有任何问题,请留言给NI工程师,我们会尽快给您回电!

    时间:2018-08-30 关键词: 能力 美国空军 总线与接口 pxi

  • 基于PXI总线接口的高速数字化仪模块

    PXI总线是NI公司在计算机外设总线PCI的基础上实现的新一代仪器总线,已经成为业界开放式总线的标准,基于PXI总线的数字化仪模块是现代测 试系统中重要的一种数据记录与处理设备。设计一个双通道12 bit/250 MHz采样频率的高速数字化仪模块,以高性能FPGA器件为核心,实现对高速A/D的控制以及高速数据处理和存储,解决了长时间高速记录信号的测试难题。  1 系统工作原理  数字化仪模块主要由前端信号调理通路、模数转换电路、数据存储单元、数据采集控制电路、PXI接口电路等部分组成,其原理框图如图l所示。  高速模拟信号首先经过信号调理通路进行放大、衰减等处理,将幅度调整到A/D转换器允 许输入的电压范围内,并转化成LVDS格式的差分信号,然后送到A/D转换器;FPGA芯片接收A/D输出的高速数据流,经过降速、抽取滤波等处理后,存 储到数据存储单元SRAM中,并发出中断信号,PXI主机响应中断后经由FPGA将存储在SRAM中的数据读入主机内存,完成后续的数据处理和显示。 PXI主机通过PXI总线发送控制命令,经FPGA译码后实现对数据采集和调理通路控制。该数字化仪模块为每个通道预留了4Mb的存储容量,当组成PXI 测试系统时,可以将数据写入计算机硬盘,实现更长时间的记录。两个通道可以独立工作,也可以相互关联。采集方式可以有内触发、外触发、软件触发、通道触发 等多种模式。  2 系统设计实现  2.1 模块化的FPGA设计  本文所设计的数字化仪是基于高性能FPGA芯片实现的,FPGA承担了绝大部分的控制和数据处理任务,是本设计的核心器件。对FPGA进行模块 化设计,是大型系统设计的常用方法。合理分割功能模块,能加快FPGA的开发,也有利于代码的移植和重复利用。在设计时将FPGA分成高速A/D接口模 块、数据降速模块、调理通路控制模块、存储接口模块、PXI接口控制模块等主要功能模块设计。FPGA内部模块划分和数据流向如图2所示。  A/D接口模块主要实现FPGA和高速A/D转换器的互联,以LVDS格式总线接收数据和采样时钟,该部分电路决定数据采集的稳定性,需要从硬 件和软件两个方面保证;数据降速模块采用抽取滤波器将信号降低到需要的采样速率;调理通路控制模块主要实现对A/D前端电路的控制,包括耦合方式、匹配阻 抗选择、增益自动控制、偏置和触发电平控制等;PXI接口部分主要实现和PXI主机的通讯译码;存储控制模块完成对外部SRAM的控制,实现数据缓存;时 钟管理模块负责采样时钟的分频、倍频等处理。  2.2 高速数据采集和存储接口设计  高速数据采集系统的输入输出接口设计是尤为重要的,高速IC芯片的相互连接是决定数据采集系统稳定性的关键因素之一,低功耗及高的信噪比是有待 解决的主要问题。通常实现高速采集系统中芯片间互联有两种接口:PECL和LVDS。正电压射极耦合逻辑PECL(Positive Emit-ter-Coupled Logic)信号的摆幅小,适合于高速数据的串行或并行连接,PECL间的连接一般采用直流耦合,输出设计为驱动50 Ω负载至(VCC -2V),连接电路如图3所示。  低压差分信号LVDS(Low Voltage Differential Signal)标准是一种小振幅差分信号技术,它使用非常低的幅度信号(100~450 mV)。通过一对平行的PCB走线或平衡电缆传输数据。在两条平行的差分信号线上流经的电流方向相反,噪声信号同时耦合到两条线上,而接收端只关心两信号 的差值,于是噪声被抵消。由于两条信号线周围的电磁场也互相抵消,故差分信号传输比单线信号传输电磁辐射小很多,从而提高了传输效率并降低了功耗。 LVDS的输入与输出都是内部匹配的,采用直连方式即可,连接方式如图4所示。  本设计中。A/D转换器选用Mamix公司的MAXl215,该芯片是一款12 bit/250 Ms/s的高速A/D转换器,它具有出色的SNR和SFDR特性,使用250 MHz差分采样时钟,接收差分输入信号,输出12位LVDS格式的差分数字信号,提供差分同步时钟信号。为了提高测试精度,单端的输入信号需要转换成差分 模式后再送入A/D,增益调整及单端到差分转换电路的局部如图5所示。考虑阻抗匹配问题,在单端信号转换为差分模式时,需要在2个差分线上串联50 Ω的匹配电阻,作为LVDS信号的发送端。  在PCB的设计中,对差分线要进行特别处理。差分线在走线区间内的实际布线公差应控制在5 mil内;差分对内两条线之间的距离应尽可能小,以使外部干扰为共模特征;要保证每个差分对内的长度相互匹配,以减少信号扭曲;采用电源层作为差分线的信 号回路,因为电源平面有最小的传输阻抗,可以有效减少噪声影响。图6所示为本设计PCB的局部。  本设计中FPGA作为LVDS信号的接收端,首先需要将A/D输入的LVDS差分数据和同步时钟信号转换成单信号。此处选用了xilinx公司 的VirtexⅡ-Pro系列FPGA,该系列的FPGA嵌入了高速I/O接口,能实现超高带宽的系统芯片设计,支持LVDS、LVPECL等多种差分接 口,适应性很强,为高速数据接口提供了完善的解决方案。LVDS差分信号的接收可以通过例化IBUFDS_LVDS这个模块来实现,同时在程序中设置使用 内部的匹配电阻,实现LVDS的阻抗匹配。差分时钟信号由全局时钟输入脚接入FPGA,然后通过调用xFPGA特有的数字时钟管理模块(DCM),将时钟 转换成单信号并进行分频、移相等处理,作为后续处理的时钟信号。  2.3 PXI接口设计  PXI是PCI在仪器领域的扩展(PCI eXtensions for Instrumentation),它将CompactPCI规范定义的PCI总线技术发展成适用于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规 范,从而形成了新的虚拟仪器体系结构。PXI模块化仪器系统具备高速的性能,并与PCI保持兼容性,形成一种主流的虚拟仪器测试平台。本设计中使用 PCI9054进行PXI接口硬件的设计,PCI9054是美国PLX公司生产的一款32位/33 MHz通用PCI总线控制器专用器件,它具有强大的功能和简单的用户接口,为PCI总线接口的开发提供了一种简便方法。  2.4 PXI驱动开发  PXI的软件要求包括支持Microsoft Windows NT和95(WIN32)这样的标准操作系统框架,要求所有仪器模块带有配置信息(configuration information)和支持标准的工业开发环境(如NI的LabVIEW、LabWindows/CVI和Microsoft的VC/C++、VB和 Borland的C++等),而且符合VISA规范的设备驱动程序(WIN32 device drivers)。本设计应用KRF-Tech 公司的Windriver来编写设备驱动程序,Windriver针对PLX和AMCC的专用接口器件编写了API函数包,降低了开发难度。驱动程序的软 件流程图如图7所示,图8是本数字化仪模块软面板的界面,对数字化仪的所有控制都可以通过设置该虚拟软件界面来完成。  3 结束语  本文给出了基于PXI总线接口的高速数字化仪模块的设计实现方法,介绍了高速数据采集系统中LVDS接口、LVPECL接口电路结构及连接方 式,并在所设计的数字化仪模块中得到应用。系统可以稳定的工作在250 MHz,实现高精度、长时间的数据采集和分析。该数字化仪模块已成功应用于多个PXI测试系统中,广泛应用于工业自动化、通信、科研、军事、航空航天、消 费电子等多个领域。

    时间:2018-07-18 关键词: 模块 数字化仪 总线接口 pxi

  • PXI TAC 2018再掀航空航天测试热潮,国家级重磅项目案例秀实力

    21ic讯 近些年中国在航空航天领域取得了不菲的成就,仅在2017年中国就进行了18次航天发射,其中“长征”系列火箭担负16次发射,航天科工集团的“快舟”“开拓”运载火箭各完成一次,其中不乏多个首次,创造多个中国第一乃至世界第一。接下来,中国航天即将开启“超级2018”, 根据中国航天科技集团此前发布的信息,中国航天新的一年里发射有望超过40次。  众所周知,现代航空航天和国防设备的复杂性高,需求不断变化,如何在信息化时代应对各种测试测量的挑战是一大难题。不久前闭幕的第十五届PXI技术和应用论坛(PXI TAC 2018)上,主办方美国国家仪器(National Instruments,以下简称NI)邀请到航空航天及国防、智能汽车、半导体等领域的合作伙伴现场分享创新应用案例。其中,国产大飞机C919腾飞背后的测试故事尤其惹人注目,迅速点燃了现场观众的热情。当天发表主题演讲的航空工业北控所综合测试技术中心副主任张毅表示:“ 为了应对系统性能的复杂度高与测试时间长的问题,我们需要在系统架构和应用灵活性方面进行整体考虑。所以,我们采用NI模块化平台方案,通过软件定义的方式实现高可靠性、高性能的测试。”     图1:航空工业北控所综合测试技术中心副主任张毅现场分享测试案例 解决复杂度高、测试时间长两大难题,NI助力国产大飞机腾飞 在跨界融合创新的趋势下,航空的设备复杂度增加,测试难度也随之增加。张毅在演讲中分享了现代航空航天发展趋势及测试测量需面对的问题。以铁鸟试验为例,这是整个飞机试验中复杂度最高花费时间最长的一个试验,据张毅介绍,飞机铁鸟试验主要面临着三方面的挑战:第一,飞机测点多,沿着飞机的布局比较分散;第二,数据的信号类型多;第三,不同的机型测试项目迭代非常快。因此,航空工业北控所需要对系统架构和应用灵活性方面进行整体考虑。     图2:NI帮助应对搭建C919测试系统面临的五大挑战 谈及大家都非常关注的国产大飞机C919成功试飞背后的故事,张毅表示:“我们在设计C919试验系统架构的时候,面临最大的挑战主要有五个方面:第一,测点多且更加分散;第二,数据量更大;第三,网络架构的设计的挑战;第四,对实时性有很高的要求;第五,我们采用分层架构带来的新的同步性的问题。” 测试需求不断变化,用户需要更多的自主化,NI开放灵活的平台化战略完全适应新技术趋势下的测试要求。张毅指出:“NI平台具有三个优势,第一它有良好的拓展性,无论是集中性的系统架构,还是分布式的系统架构,都能很方便的拓展我们系统规模。第二就是迭代方便,尤其是对于前脚这样的实验周期特别长的项目,我们可以很方便的对我们的系统进行迭代优化。第三,由于它的通用性,我们可以用对软硬件通用,可以很方便的进行迁移和移植,移植到我们类似的一些应用场景。”     图3:航空工业北控所利用NI提供的平台化系统架构,搭建测试平台 NI携手长光卫星应对商业卫星测试需求,平台一体化优势凸显 NI联合本土合作伙伴共同推动中国航空航天及国防发展的另一个可圈可点的案例,就是目前比较受关注的新兴产业——商业卫星。长光卫星是中国第一家商业遥感卫星公司,其发射的吉林一号卫星也在多个领域创造力第一,公司计划在2030年前发射138颗卫星,实现全球任意点的10分钟内的高速图像采集传输。据了解,卫星的研制过程有70%的时间用于各种各样的测试,商业卫星有其特殊的要求,研制周期必须要短,对测试系统的可靠性和稳定性要求高,多个项目运行的情况下还要求能做到系统更多的适应性。     图4:NI携手长光卫星构建测试系统 NI技术市场工程师屠方泽在演讲中介绍说:“长光卫星使用NI PXI平台去做S波段的卫星遥控遥测系统、卫星动力学的配合系统、GPS的模拟仿真器系统。这在原来是三个完全不同的应用领域,需要用不同的测试方案进行测试。正是由于PXI平台的灵活性,帮助我们的客户在三个不同的应用领域里使用同一套平台加速他们的开发流程。此外,利用 NI PXI 测试平台的强大通用性来提高卫星测试系统的集成性、开发效率,从而缩短卫星研发周期。” NI引领构建产业技术生态,推进前沿测试技术本地化 除了协助客户应对研发项目测试挑战,联动产业链上下游也是NI的强项。在本届PXI TAC 2018上,国内知名集成商、NI系统联盟商——中航科讯,展示了基于NI平台和互联网的远程监测与故障诊断平台,包括传感器与试验台PXIe采集、控制设备与SystemLink软件平台三部分。 SystemLink是NI以软件为中心的平台的最新成员,包含针对工作流程不同阶段的需求而定制的产品,这些产品已被超过300,000名活跃用户全部或部分采用。SystemLink使工程师能够通过可从任何地方访问的集中界面连接、部署和管理NI和第三方的分布式系统,从而使他们能够远程配置和部署软件,监控设备的运行状况和性能,管理警报和可视化应用程序参数。     图5: 基于NI SystemLink平台远程监测与诊断系统 在中国航空航天行业蓬勃发展之际,技术突破创新的重要性日益显著,必须有优质的测试平台来帮助完成产品的开发与迭代,多维度客户案例的正面反馈证明。NI开放的测试平台能够方便的进行应用程序的扩展并易于整合新的需求,充分应对航空航天及国防领域苛刻的测试要求。

    时间:2018-07-13 关键词: ni 航空航天 tac pxi

  • 跨界融合趋势下,PXI测试生态的模块化优势将更为突出

    跨界融合趋势下,PXI测试生态的模块化优势将更为突出

     在今年美国国家仪器(下文简称NI)举办的的PXI TAC活动上,跨界融合是一个被高频提及的词汇。不同行业之间,技术的相互融合和复用的现象变得越来越频繁,许多即成的经验和方法并不需要重复造轮子,只要拿来进行修饰即可使用。相应的,在很多成熟行业上的一些测试方案,稍微调整后可以跟着一同迁移来适用于新的行业的测试测量需求。而PXI平台,无疑是最适合当下这种跨界融合趋势特点的测试平台。用NI大中华区销售总监乔巍先生的一个趣味的表达叫做,“占了一个便宜”。PXI的模块化的架构使得它可以更灵活地在不同行业之间迁移,修改。同时软件生态的日益发展,生态伙伴的开枝散叶,也使得其更容易催生一些有益的反应。 近日,小编有幸参加了NI PXI TAC媒体见面会。NI自动化测试市场副总裁Luke Schreier、NI亚太区市场总监汤敏、NI大中华区销售总监乔巍以及NI大中华区市场经理刘旭阳都出席了此次会议,并对于PXI的相关情况,以及NI对于中国市场的策略进行了精彩地分享。 左至右:NI大中华区市场经理刘旭阳、NI自动化测试市场副总裁Luke Schreier、NI亚太区市场总监汤敏、NI大中华区销售总监乔巍 为什么PXI是最适合跨界融合浪潮的测试平台? 本文开头已经提到了跨界融合的趋势,而在这种趋势的演进中,新的技术创新不断涌现,测试系统的复杂度和要求也越来越高。PXI将如何来解决这些问题?Luck先生认为一共有三点优势。首先,PXI在创建之初,就已经考虑到了技术变化的可能性,因此通过模块化的方式来进行构建,可以根据不同的需求去插入新的技术。通过不同的模块选择来应对不同的测试需求,可以延伸NI对于不同技术的见解。 第二点在于软件。Luck先生表示,虽然PXI是硬件平台,但是软件在其中也扮演着重要的角色。比如AI这种复杂的应用,需要很多的算法来实现。基于PXI的软件定义特点,工程师可以专注于算法研究,将底层运算交给PXI系统。Luck先生强调的第三点在于PXI的广泛应用性。我们知道PXI是基于一套总线标准的测试平台,它可以适用于各种不同行业的测试系统的搭建。不同的领域可以互相借鉴,甚至互相学习其他领域的测试方法和测试技术,通过PXI平台的调接,可以把其他领域的方法结合到新的领域里面。 汤敏总监也补充道,对于我国目前的状况来看,大家很关心知识产权(IP),这是产业升级换代的核心,是从制造大国走向制造强国的关键要素。PXI平台的自定义、模块化以及开放性,是工程师可以专注于算法和IP的开发上面,而不用过多关心底层的硬件。更重要的是它是可以复用,可以传承的。现在随着产业升级换代以及跨界融合,知识产权(IP)变成非常核心的东西,是更加值得投资的地方。所以,产业IP的复用,以及互相在不同领域之间怎样可以借鉴,这是PXI所在这块领域提供的非常重要的核心优势。 在PXI生态系统中,融合也变得更为自然 NI虽然是PXI技术的发明者,也是PXI TAC的主导者,但这个活动并不只是一个NI产品的曝光会,而是一个PXI产业联盟的盛会。据刘旭阳先生介绍,目前PXI产业联盟中已经有60多家运营商,现在市场上已经有了2000多种模块。PXI TAC不仅在于产品和技术,也希望带来行业共生,一个技术的成熟和发展不仅从技术的延续,更重要还是在行业里面的落地甚至扩展。 乔巍先生表示,PXI的开放生态系统里有不同的厂商进来做模块,通过各种各样的合作,可以让PXI整个产品供应满足将来技术融合的需求。通过跟客户的合作,甚至可以对将来的技术有个预测。PXI的产品开发真的很快,产品封装设计一下,在电源供电上考虑一下,就能把类似的功能很快迁移到PXI平台上,做成LabVIEW驱动,从而能够满足需要。 在合作形式方面,乔总提到目前主要有三种形式:第一种是来自合作伙伴的PXI产品,通过NI的渠道进行销售。第二种是合作的模式,在某些领域生产贴牌的产品。第三是在中国本地寻找一些满足本地需求的厂商的模块,进行验证,将高品质的产品向有用户需求的客户进行推介。 汤敏总监也表示,在软件方面,NI有一个LabVIEW Tools Network平台,在这上面有很多合作伙伴把经过验证的补充型的工具放在上面,供全世界的用户使用。 据刘旭阳介绍,NI在中国将持续关注军工、航空航天、汽车和科研院所这四个市场方向。Luke Schreier先生表示,中国是一个快速发展的市场,NI希望能够将不同的行业衔接,也要作为国内外技术交流的桥梁。一个月前,在美国NI Week上,我们就把中国中车的技术带到美国现场去,讲他们高铁电力监测的方案,这样的方案对于其他国家来说有非常好的借鉴意义,这也是我们想做的事情,就是把中国市场连接到中国以外,让中国技术和力量在海外发扬光大。

    时间:2018-07-06 关键词: 测试 ni 模块化 行业观察 跨界融合 pxi

  • 基于PXI Express的高速混合信号测试系统

      PXI Express为PXI仪器平台增添了众多的技术优势,开辟了许多新兴测量领域。PXI Express仪器系统提供的高达2GB/s的数据吞吐量使得以前只能通过定制硬件或是昂贵的专用仪器才能实现的高速测量应用变为可能。   PXI Express技术概览   基于最新的PCI Express技术,PXI Express使PXI背板带宽从132 MB/s 增加至6 GB/s,提升幅度超过45倍。除了PXI现有的定时和同步功能,PXI Express还提供了附加的定时和触发总线,包括100 MHz差分系统时钟、差分信号、以及差分星形触发等(见图1)。通过使用差分时钟和触发,PXI Express系统增加了对仪器时钟的抗噪声能力,并能传输更高频率的时钟信号。   图1 在PXI平台现有功能的基础上,PXI Express提供了附加的定时和同步功能,实现了更高精度的测量   在性能大幅提升的同时,PXI Express具备和PXI软硬件上完全的兼容性。PCI Express的软件兼容性使得PXI提供的标准软件框架同样适用于PXI Express。为了保证硬件的兼容性,PXI Express标准中定义了一种混合插槽,使得工程师能够在同一个插槽中安装PXI或是PXI Express的模块。有了这些技术,工程师和厂商能够利用硬件和软件上的兼容性,最大程度地保留了在PXI系统和产品上现有的投资。   PXI Express的技术优势   针对自动化的测量和控制应用,PXI/PXI Express平台能够提供以下的三大技术优势:   *灵活的、软件定义的仪器系统   *高度集成的模块化架构   *高数据吞吐量和精确的定时同步特性   通过软件定义的解决方案,用户可以获取原始的测量数据,通过应用不同的分析方法,获得灵活的、完全自定义的测量结果。例如对于RF/通信领域的测试,面临层出不穷的无线标准,就必须采用基于统一硬件平台的软件无线电架构,只需要改变软件上的调制解调方式就可以实现对不同无线协议的测试。   其次,依赖于模块化的架构,可以从超过1500种现有的高性能PXI仪器中选择合适的测量仪器,同时帮助节省投资成本,随时方便的升级控制器和模块的性能。例如,模块化的架构能够使您在一个系统中实现多种混合信号的ASIC特性描述,并能根据信号的要求配置和升级测试系统。   再者,PXI Express的高吞吐量使得更多的高速测量应用变为可能,如高带宽的IF(中频)仪器,高速的数字视频测试等。配合PXI Express RAID硬盘驱动器,还可以实现高达600 MB/s的实时数据流盘。对于通道间相位误差要求很高的声音振动测试、结构测试等,PXI/PXI Express精确的定时和同步功能更是不可或缺。   软件定义的测量:RF/通信测试   由于现在的无线设备集成了越来越多的通信协议,如802.11g、GSM、GPS和蓝牙等,无线设备测试所面临的挑战和测试成本都日趋上升。以往,您可能需要多台仪器来测试在不同通信标准下的设备性能,而这需要耗费相当的成本和物理空间。现在,采用软件定义的模块化的架构,您可以使用同一个2.7GHz的PXI的RF软件无线电平台测试多种的无线通信协议。此外,您还可以在通信设备的测试中加入数字协议的测试,音频分析等更多集成的功能。一个无线通信设备测试的典型案例就是手机的生产线测试,如图2所示。   图2 集成多种无线标准和功能的手机生产线测试   图2中的PXI矢量信号分析仪能够捕获不同通信标准下的各种频率的RF信号,由于通信协议的编解码是由软件实现的,因此在同一个平台上可以完成对GSM、IEEE 802.11g、蓝牙等不同协议的测试。这样软件定义的测量方式不仅减少了测试设备的体积,更是缩减了测试的成本。   集成的模块化架构:混合信号的ASIC特性描述   现代ASIC通常拥有多个混合信号的输入和输出。PXI仪器系统所提供的单平台解决方案,可以在一个平台中集成多种仪器的测试功能,完成对复杂的ASIC芯片的特性描述。   例如,我们需要测试一个四通道、12位、100 MHz的数模转换器芯片,这样的ASIC需要48路同步的数字I/O通道,4路精确的模拟输入通道和一个可编程的DC电源模块。基于PXI/PXI Express的平台,您可以将上述的测量模块集成在一个系统中,在这样的系统中实现多个数字I/O模块之间的同步,确保48个通道间的同步误差小于1ns;此外,PXI的高速数字化仪在100 MS/s的采样率下能够提供高达14位的分辨率,再配合一个低损耗的RF开关模块,就可以对四路的高速模拟信号进行切换测试;最后,基于PXI可编程的电源模块能够提供0V~6V、以120mV为间隔进行变化的电压信号对ASIC的Vcc进行供电(如图3所示)。   图3 四通道高速DAC测试的参考架构   依赖于模块化的仪器系统架构,该系统可以被重新配置或进行扩展以满足未来的测试需求。配合使用NI LabVIEW的软件编程环境,您还可以实现THD、SFDR、SINAD等多种ASIC标准参数的测量,并通过观察其在不同功率、电流等因素下的性能,对待测芯片进行复杂全面的特性描述。   高数据吞吐量:数据的实时流盘应用   高速的测量应用,如RF/IF信号的采集、数字视频的测试、高速图像的采集等,如今变的越来越广泛,传统的台式仪器虽然具有非常高的采样率和带宽,但由于板载内存容量的限制,其连续采集的时间和波形存储的容量毕竟有限,通过GPIB(或者是以太网、USB)传回控制PC的往往也只是分析的结果,如果要传递原始的测量数据将耗费大量的测试时间(GPIB的带宽约为1MB/s)。这样,测量的功能就完全由仪器厂商所定义,用户拿不到原始的数据,就无法做自定义的分析,也就失去了对数据的控制权。   如今,借助于PXI/PXI Express的高带宽,用户可以轻松的采集大量的原始数据、通过总线传输回控制器并实时的存储在硬盘上,用于后续自定义的分析和数据备份。正是使用了商业现成可用(COTS)的PCI/PCI Express技术,使得原本需要昂贵的专用仪器才能实现的高速数据流盘应用变得更简单可行。   让我们来看一个IF信号采集和流盘的案例,通过案例来分析基于PXI Express的高速数据流盘应用的技术要点和编程的实现。   现代卫星通信和频谱监测应用需要长时间地将大量的RF/IF信号存储到硬盘上,用于后期的数据回放和信号的分析和捕获。以往,这类应用只能借助于构建和维护都十分昂贵的定制硬件来实现。而现在,您可以使用高带宽的PXI/PXI Express仪器系统,快速高效地开发此类应用。   在这个应用中,我们使用下变频模块将RF信号下变频到可以进行模数转换的IF信号,然后用一块100 MS/s采样率的高速数字化仪采集该IF信号。由于可以用数字化仪的两个通道作同时的采集,每个通道的带宽达50 MHz,因此这个系统可以采集高达100 MHz带宽的RF信号(见图4)。   图4 通信系统测试中的数据流盘架构图   对于信号监测的应用,通常需要将几分钟甚至是几个小时的频谱数据流盘,而实时数据吞吐量更会高达400 MB/s。在这里要注意的是该数字化仪具有14位的分辨率,因此每个采样值就需要两个字节的存储空间。数据吞吐量的具体计算公式如下。   数据吞吐量 = 采样率×字节/采样点×通道数= 100 MS/s×2字节/采样点×2通道 = 400MB/s   如此高的数据吞吐量对总线和硬盘都提出了巨大的挑战,甚至普通的PXI总线都难以胜任,这里我们采用了高达2 GB/s数据吞吐量的PXI Express总线以及PXI Express x4 RAID-0硬盘驱动器(读写速率高达650 MB/s),并在高性能的双核嵌入式控制器上进行后续的功率谱和联合时频域的软件分析(见图5)。   图5 基于PXI Express的通信测试系统实物图   对于如此复杂系统的软件编程,我们采用了NI LabVIEW内在的多线程并行编程模型,更好的优化了数据流盘的速度,并充分发挥了多核处理器的性能。由于LabVIEW会自动将编程任务分配至多个线程(多个线程也可以被指定在不同的核上运行),我们可以将仪器I/O和文件I/O分成两个独立的循环运行,如图6所示的这种生产者-消费者的编程架构。上面的循环(生产者)从高速的数字化仪中采集数据,并将其传递至一个队列结构(一个LabVIEW FIFO)。下面的循环(消费者)从队列结构中读取数据并将其写入到磁盘。这样的生产者-消费者架构为数据流盘应用实现了最佳的性能,因为在消费者循环将数据写入到磁盘的同时,生产者循环可以不间断的采集数据。   图6 LabVIEW中的生产者-消费者并行架构 结语   结合上述实际案例的分析,凭借这些技术优势,PXI/PXI Express平台能够为诸如RF/IF信号采集,数字视频测试以及混合信号ASIC特性描述等新兴的应用提供高性价比的解决方案。凭借PXI Express上GHz的高带宽,更能为高速的测量领域带来全新的理念和实现方法,帮助用户构建高效、低成本的自动化测试系统。

    时间:2018-07-02 关键词: express 测试系统 高速混合信号 pxi

  • PXI在测试测量领域的应用案例

    众所周知,科技在我们的身边随处可见。每天都有一些新的应用方案被发布出来,大部分是在汽车,个人电脑,机械和家庭影院等方面的,这种情况在过去的几年中是很少存在的。每一年,都有带有更高性能和更便利的操作性的产品和系统被发布出来,而且它们常常比旧版本拥有更加实惠的价格。 我们的市场主导型经济的基础是需要生产人们会愿意购买的新产品。在本质上,科技驱动着市场指导型经济和很多发展中国家的经济的发展。 但是,随着科技的进步,测试技术和他们的发展战略也是需要改变的。在今天,测试的要求包括了对传感器的仿真、故障注入、高速数据传输和日益增长的准确性的要求。在所有的这些要求都可以实现的前提下,测试吞吐量的需求不断增加,并且要求拥有更低的费用。但是,这往往是我们的工厂中的一个巨大的难题,这似乎表明了想要继续跟随科技的发展来生产产品的前途是多么的令人担忧。 幸运的是,测试测量的工厂已经开发了一些能够满足这些需求的新的解决方案。通常情况下,这些方案都利用到了PXI平台,这是一个引人注目的灵活的平台。在过去的十几年间,在PXI联盟(PXISA)里有50多个会员持续地创造出一些可以适应最新的科技技术的产品。事实上,在PXI平台上开发出来的一些独一无二的测试方案,这在其他的平台上往往是不可以实现的。 一、为什么要选择PXI PXI平台的成功在很多方面是显而易见的。拥有很多供应商,很多产品,还有很多很多成功的应用案例,这些都是主要的原因。除了这些,还有以下的一些理由: 1.软件方面的选择 很多可编程的语言,包括实时操作系统(RTOS)和专门的应用软件像硬件在环仿真(HILS),它们使得PXI变得更加容易; 2.灵活的连接性能 因为只有将硬件连接到被测设备中才会发挥硬件的真正的作用,所以,很多供应商都创造了很多可以相互连接并在PXI平台能够顺利工作的产品; 3.企业的创造性 在小规格的3U在刚发布的时候(1997年),很多人都会说当这些用到VXI平台的时候,将会限制了接受的信号的带宽和密度。庆幸的是,这些反对者是错的。在单个矩阵中拥有4000到8000个的继电器,1000V电压的隔离,还有拥有6GHz信号传输功能的射频设备,在PXI平台是可以实现的; 4.兼容其他平台 在很多的例子中,混合测试系统是常见的。因为测试的可用性,测试预算对硬件重复利用的要求,还有外部测试系统的升级等原因,PXI平台能够跟其他的环境中的设备顺畅地运作; 5.系统集成 一些测试企业已经将PXI平台作为很多平台的解决方案,他们有能力PXI加入到更多的成功应用中去。 说了这么多选择PXI平台的原因,下面就说说怎么样利用PXI。因为我们不能都将那些关于PXI平台的成功的应用的案例都介绍了,所以,现在就来介绍一下专门用在UUT操作环境中的仿真的方案。这就假定了每一个测试系统都是汽车,PC,或者是以UUT结束的系统的模拟。但是,新的应用就需要新的模拟仿真技术,这也是我们想要展现的。 二、汽车ECU故障注入 1.客户概况 该客户是法国的一个处于领先地位的集成商,他们开发和设计多功能的用于汽车和航空航天方面的校验测试方案。 2.应用需求 最终的用户要求是用这个测试系统来校验设计好的电子控制单元(简写是ECU,也可以叫做动力系统控制模块,PCM,或者是发动机控制模块,ECM)的可靠性。 这个系统的集成商收到的要求是寻找一种更加灵活的、费用又少的专门的硬件在环测试方案。目前有的系统是在国内生产的,使用的是人工来进行故障的模拟仿真。想要注入一个故障,操作员就需要移动接线板上的线缆短接在一起,用力卡住电源电压线和地线,或者是输入故障传感器数据。这样的方式是非常的慢的,也会导致人为错误,而且也是非常昂贵的。鉴于对电子系统故障的担忧,和追求更低的成本,需要改变设计的策略。 在设计和校验ECU的过程中,故障模拟是一种实现可靠性和固件校验的目的而做的预测方式,最终是为了确保驾驶员和乘客的安全。ECU的工作是依靠从很多传感器中和控制器中传来的信息来决定怎么样去对正在工作的器件进行操作。这些传感器本身一般是工作在极度恶劣的环境中,所以可以断言,这些传感器或者彼此之间的连接会出现问题。ECU必须对这些故障和现实中的系统故障做出正确的反应,否则就会引起事故。 这种对系统故障进行测试的想法不是最近才出现的。它是ECU校验的一个重要的部分,同时包含了系统内部的电子故障的呈现。测试的过程主要是模拟很多种可能因为腐蚀、短路、开路和由于失效、寿命、损坏或者是不正确的安装而引起的电子故障; 3.解决方案 PXI为硬件在环仿真提供了一个开放的平台。把多种多样的来自PickeringInterfaces的可用的硬件和其他供应商的产品组合在一起,可以专门为这个系统提供一个最灵活可调和低费用的方案。模块化和PXI的开放性使得集成商可以设计一个可以升级的带有丰富的演变潜力的方案。 图1汽车ECU故障注入测试 有很多种PXI的故障注入开关模块是专门为了协助汽车和航空电子应用而设计的,包括测试关键控制器的可靠性的模拟仿真。从上面的图中,你可以看到在这个测试方案中,故障注入模块是怎么样进行工作的。这些开关模块是为了选择在固定装置和UUT之间的故障的状态的路径。这些故障包括了在UUT连接器开路、短路,和跟其他信号如电源、点火和地线之间的短路。串行总线故障也可以通过电流来注入。 其他的模拟仿真系统也是可以商用的。但是,它们的特点就是与其他的供应商的产品不兼容,同时也是非常昂贵的。 另外,每一个供应商提供的PXI产品必须为RTOS提供软件驱动,这是硬件在环模拟的关键要求。RTOS的这个主要的缘由是测试的确定性:UUT的反馈,特别是安全方面,必须在准确的时间里确保乘客的安全。 这个方案是在3U的机箱中使用的。来自我们PickeringInterfaces的模块产品包含了24个用来选择故障注入信号的模块(一个模块是40A电流的开关40-191,22个模块是20A的,另一个是2A的模块),外加上用来模拟传感器的程控电阻模块。 由于PXI是一个开放的平台,所以其他的供应商提供的模块是兼容的,包含了FPGA功能和CAN/LIN通讯协议。除了拥有费用和灵活性等方面的优点,PXI方案的也提高了测试系统的性能,并且相对于原先的系统的线路更加整洁了。 三、卫星负载测试 1.客户概况 客户是一个提供一些包括地球观测、科学和通讯等应用方面的空间业务的主导地位的公司。这个公司设计、生产和操作高性能的卫星和地面系统,这些是跟空间任务有联系的一部分的业务。 2.应用需求 卫星负载系统测试主要是为了以下几个目的。第一,由于硬件是非常昂贵的,并且要进行很多的测试。第二,在发射之后出现一个故障的话,维修是非常困难的,而且,想要把卫星回收进行维修是不可能的。 卫星系统和负载系统是非常复杂的,它们由很多个多种功能的子系统组成的。传统的卫星开发生产工作是按照一定流程来的:先是描述所有的东西,设计说明书,测试原型,然后就组装和校验飞行单元。这样的生产流程是非常的消耗时间的,不适合快速的完成,所以为了节省费用,就必须要设计一种灵活的方案。 模拟技术的使用,可以节省时间和费用。使用COTS(CheckOutTestSet)部件和标准的工具,一个子系统的模拟器可以进项开发和测试,而不用做成一个飞行水平的设备,这样做往往只需要比较低的费用就可以了。 下面是这个项目的主要的两个优点: 这样的设计远远地超过了主要产品的开发阶段,这就允许在一开始的阶段就对内部的问题进行检查和解决,同时是减少了对于飞行设备的重启的费用; 接口的模拟仿真器可以用来进行系统集成测试,这就超乎想象地解决了校验和子系统的集成方面的难题。这个特别是在一个很大的系统中的一个小系统是外包给其他供应商的情况下是非常有效的。不像硬件一样,这个模拟仿真器是开放的。 3.解决方案 当把这个最新的模拟仿真设备的硬件介绍给客户的时候,客户并不选择把它放在曾经的工具和方案上。而是,在现有的预算的范围内选择了可用的,也存在可能的、可以看得到的工程方案。 这个方案最终是基于PXI基础的硬件,PickeringInterfaces也作为一个主要的供应商。客户选择我们这个方案的理由是:“这个方案满足了我们的设备的要求,而不是我们的设备去迁就这个方案”。 考虑到热控制系统是监控卫星内部的主要的温度的,所以就需要用到PXI高密度高精度的电阻模块。六个模块是用来仿真36个航空水平的温度范围在-80℃到+55℃电热调节器。这些PXI的高精度电阻模块,是商业上可用的并且可以覆盖这些电热调解气的模拟仿真范围要求的方案。 除了高精度电阻模块,PickeringInterfaces也提供了用于信号和高功率的开关卡,带隔离的电源卡,还有MIL-STD-1553总线分析仪模块。开关模块的主要的功能是将接口路径隔离,模拟射频开关的反馈和分配通过多个路径的负载通道。 四、柴油发动机温度模拟仿真 1.客户概况 客户是世界上的一个大型柴油机的市场主导者,他们生产的产品是用在轮船或者是一些大功率的场所。部分的发动机是为一种新型的几乎是世界上最大的货运轮船提供的。 2.应用需求 这些在海上航行的大型的柴油发动机中的控制器需要配有很多用于检测发动机是否正常运行的传感器。这主要是因为发动机盖的偏移,这就意味着需要用很多传感器来确保发动机工作在合适的范围内,然后能够迅速地找到温度过高的点。如果想要拿到一个实体的发动机来进行测试的话是比较难的,况且想要达到工作的温度的话在时间方面而言也是比较困难的。传感器的模拟方案提供了一种并不需要实体发动机在手的一种实惠的测试方法。 图2超大功率发动机 这套设备包括了开发了支持40000kW的功率的柴油发动机的ECU,40000kW可是相当于55000马力。除了其他的的ECU测试,有一个要求是需要模拟仿真PT100温度传感器的144个通道。这些传感器是RTDs而不是热电偶。温度的范围是-20℃到+250℃,这等效于电阻范围是92.160342Ω到194.074250Ω。同时也需要很高的精度,在-20℃的时候是±0.11℃(等效于±43mΩ)和在250℃的时候是误差±0.65℃(相当于220mΩ)。 客户的最初的模拟传感器的方法是手动操作的。里面包含了288个电位计,包含粗调和微调功能,同时还有144个用来进行短路操作的开关,外带144个用来进行模拟传感器的连接器的开路的情况的开关。所有的这些东西都是手动控制的。这就明显需要自动操作,还有就是提高性能和可重复性。 3.解决方案 由于在PXI平台上已经有很多可以进行测试测量和模拟仿真的模块,还有要求的是要支持RTOS实时操作系统软件,PXI自然而然就成为了这个新的产品设计中选择的平台。 这个方案开发的是用在一个3U插槽中的支持6通道的RTD模拟仿真,或者是在两个插槽中支持18个通道。根据现有的设计原则,这个模块提供的2mΩ的分辨率和在所有通道上有低于0.1%的精度。每一个模拟仿真通道可以提供一个开路或者是短路的功能,这用来模拟传感器的连接的错误。另外,每一个传感器通道的校准是可以通过连接模块的校准接口道一个高性能万用表上来完成。电阻的简洁的应用使得编程变成简单,通过API函数来将在实际中应用的发动机上的传感器的温度转换为电阻。 最终的产品是一种可以高性能地模拟PT100或者是PT1000RTDs的廉价的方案。容纳在16个PXI3U插槽中的8个模块就可以模拟PT100传感器的144个通道。 五、总结 在这三个应用中,表明了PXI产品可以模拟很多应用中的需要的信号,包括消费者、运输工具和航天器。PXI拥有高密度,这个可以使得系统测试可以在测试平台上就可以进行,同时也可以完美地满足客户的需求,还支持一些特殊的类似RTOS这样的环境。

    时间:2018-06-26 关键词: 测试测量 pxi

  • PXI Express DMM为更精确、更智能的测试系统奠定基础

    1. 专为自动化测试而设计 NI基于PXI的DMM款型从高性价比6½位型号到高性能7½位型号等不一而足, 包含市面上精度最高的7½位DMM。 某些型号所独有的特性包括扩展的测量范围、采样率高达1.8 MS/s的隔离数字化仪模式、延长的校准周期和基本电感与电容测量。 将以上特性结合到单台仪器中,从而为传统精密仪器所固有的测量难题(测量吞吐量和灵活性有限)提供了解决方案。NI基于PXI的DMM为解决从消费类电子产品到航空和国防工业等各行各业的应用难题提供了更智能的方法。 图1:PXIe-4081 DMM是针对任何测试和测量系统的完美解决方案。 NI的DMM产品系列主打PXIe-4081,它是业界精度最高的7½位DMM。 PXIe-4081提供26位分辨率、高稳定性、10 nV至1,000 V范围的计量级电压测量;1 pA至3 A范围的电流测量;10 µΩ至5 GΩ范围的电阻测量。 PXI-4065 PXIe-4080 PXIe-4081 PXIe-4082 分辨率(位) 6½ 6½ 7½ 6½ 最大电压(V) 300 300 1,000 300 最大电流(A) 3 1 3 1 最大采样率 3 kS/s 1.8 MS/s 1.8 MS/s 1.8 MS/s 电压精度(10 VDC,2年) *90 + 12 ppm 25 + 6 ppm 12 + 0.5 ppm 25 + 6 ppm 最长校准周期 1年 2年 2年 2年 直流电压和交流电压 ? ? ? ? 直流电流和交流电流 ? ? ? ? 2线和4线电阻 ? ? ? ? 频率/周期 ? ? ? 基本电感/电容 ? *PXI-4065不提供两年期精度保证,故这里显示的是一年期精度保证。 表1:市面上NI的DMM款型从高性价比6½位型号到高性能7½位型号等不一而足。 图2:基于PXI的DMM为传统精密仪器所固有的测量难题(测量吞吐量和灵活性有限)提供了解决方案。 2. NI软件优势 由于NI DMM专为自动化测试应用而设计,因此该仪器主要通过软件来进行控制和通信。 针对快速测量或应用调试,DMM软件前面板为用户提供了与传统台式仪器类似的前面板体验。 图3:NI的DMM驱动软件(NI-DMM)包括一个交互式软件前面板,用于快速测量和应用调试。 除了软件前面板之外,DMM驱动软件还包括可支持LabVIEW、C和C#等各种开发选项的一流API。 为保证DMM的长期互通性,NI-DMM驱动软件提供的API与先前和目前正在使用的NI DMM的API完全一致。 驱动软件还可提供帮助文件、文档说明和数十个可执行的范例,这些范例可作为您开发应用程序的起点。 图4:NI的DMM驱动软件(NI-DMM)包括数十个可执行的范例。 3. 高精度DMM测量 模数转换器(ADC)是高性能PXIe-408x DMM的核心组件。 现成的高速ADC技术和自定义设计的sigma-delta转换器的独特组合,可提供高速、高精度测量所需的噪声、线性度和速度方面的性能。 图5:在12个小时的0 VDC噪声和漂移测试(每一台DMM设置为100 mV 输入范围和10 PLC空隙时间)中,PXIe-4081(蓝色)测试性能胜过最高性能的6½位(浅灰)和7½位(深灰)台式DMM。 PXIe-4081使用目前最稳定的一个板载参考电压源来实现不同温度与时间下的稳定性能。 其他同价位的DMM均无法提供这样的参考电压源和稳定性,这就解释了为什么PXIe-4081提供了12 ppm的两年期精度保证,从而最大程度减少仪器校准所需的停机时间来进一步降低测试成本。更高的测量精度以及更低的使用成本和更少的停机时间,使其优于大多数传统的仅提供一年期精度保证的台式DMM。 PXIe-4081还采用了高级的DMM测量技术,比如偏移补偿电阻、高阶直流噪声抑制和自校准,以确保精确测量。 4. 通过隔离的数字化仪实现灵活的测量速率 传统的DMM设计更注重高分辨率和精度而忽略了采集速度。 PXIe-408x DMM的独特架构提供了7 S/s至10 kS/s连续变化的读取速率,您可以选择满足应用需求的采样率和分辨率。 图5:现成的高速ADC技术和自定义设计的sigma-delta转换器(电路如上图所示)的独特组合优化了DMM的线性度和噪声,提供了高达7½位的高精度和稳定性以及高达1.8 MS/s的数字化仪采样率。 如果需要更高采样率,您可以使用PXIe-408x DMM的高电压隔离数字化仪模式获得最高1.8 MS/s的采样率,并在最大电压范围内进行数据采集。 传统台式DMM的最高采样率是50 kS/s,而PXIe-4081 DMM的采样率则高出了36倍。 这可避免使用多个独立的仪器来实现高精度和高速测量。 图6:PXIe-408x DMM能够以比传统台式DMM高出36倍的速率进行采样,帮助您更深入了解待测设备。 5. 自校准和两年技术参数保证 NI DMM具有自校准功能,这一功能过去只有最高分辨率的DMM才能提供。 自校准使用一个高度稳定和精准的内部电压参考源来校正DMM内的所有DC增益和偏置漂移,这个内部电压参考源具有出色的温度特性和时间漂移,同时也考虑了所有电阻和电流源漂移。 自校准使得NI DMM在任何工作温度下(即使在普遍的18 °C至28 °C范围之外)均具有高准确度和高稳定性。 图7:自校准进一步提高了推荐的2年外部校准周期内的NI PXI DMM测量准确性。 这一操作只需不到一分钟时间就可以完成,而且不需要外部校准仪,可以最大程度减少已部署系统的维护负担。 由于自校准精密电路可最大程度减少了已部署系统的维护负担,因而PXIe-408x DMM提供了两年的外部校准周期。 6. 同步和集成 NI DMM利用PXI平台固有的定时和同步功能来与PXI机箱内的开关和其他仪器进行通信。 您可以将开关与DMM搭配使用来扩展仪器的测量功能,可测试上百甚至上千个测试点。 NI DMM通过PXI背板来发送和接收硬件定时的触发信号,并对开关模块板载内存中存储的开关连接列表进行扫描,从而实现与NI开关的“握手”。 这种扫描方法避免了传统扫描列表方法所需的软件开销,可创建一个确定的扫描列表,通过更具重复性的定时实现更快速的测试。 图8:通过将NI DMM与NI开关同步来创建硬件定时的扫描列表,可以大幅提升测试速度 。 此外,PXI平台还包含了电源、示波器、函数发生器等自动化测试应用中常与DMM搭配使用的仪器,从而可在紧凑的封装中构建紧密集成的系统。 另外,DMM还可通过PXI背板来发送和接收触发信号,将测量与其他仪器的操作同步,因此无需外部线缆来收发触发信号。 图9:PXI平台提供了各种仪器来实现出色的同步和集成性能,如源测量单元(SMU)、示波器、数字仪器和RF信号分析仪与发生器。 7. 使用NI DMM构建您的下一个测试和测量系统 NI DMM适用于从半导体特性分析到航空生产测试等各种应用,为更智能的自动化测试和测量系统的开发提供了高追求的测量质量、业界领先的速度和全面的软件支持。 您可以将NI DMM与基于PXI的开关结合起来构建高通道数采集系统,借助确定的硬件定时来执行成百上千次继电器闭合的扫描列表。 PXI平台还提供了独立式台式DMM所不具备的仪器,包括SMU、电源、示波器、波形发生器和RF信号分析仪与发生器。 NI DMM专门针对自动化测试应用而设计,具有比传统DMM更出色的测量质量,是您开发下一个测试系统的理想之选。

    时间:2018-06-25 关键词: express 测试系统 dmm pxi

  • 基于LabVIEW和PXI的测控平台

    工程设计和研究开发需要大量复杂的试验,常常需要把各种设备组合在一起构成统一的测试平台。在实验室热工水力学测控平台中不但需要许多设备,而且需要模拟和仿真许多设备。这样做不但可减少投资和运行成本,也为加快试验进度提供了必要条件,计算机和虚拟仪器技术在构建这种平台过程中发挥了巨大作用。 测控平台的结构   根据虚拟仪器和对等网络的思想,采用NI公司的LabVIEW和PXI系列产品组建成了热工水力学测控平台,平台的结构如图1所示。这是一个由PXI数据采集系统、PCI板卡数据采集系统、PCMCIA板卡数采系统和GPIB仪器系统组成的网络化测控系统,系统内各个子系统可以单独使用,也可以组合使用,非常适合于各类实验室。     热工水力学实验大厅内有四个大型热工实验台架,每个台架都有大量的温度、压力、流量等热工参数,还有辅助的电压、电流、功率等信号。采用PXI和MXI技术,形成图2所示的测量系统。PXI系统靠近实验台架,通过MXI光缆将实验现场的PXI系统和控制室的PC主控机连接起来,所以大量的信号传输线都位于实验现场,虽然数量很多,但长度很短,这样既节约了大量费用,又有利于抗干扰。四个实验台架共用一套便携式PXI-MXI系统。实际应用证明,该系统配置合理、成本低、利用率高,大大地提高了实验水平和效率。 先进的热工测量技术 依托LabVIEW软件包强大的信号处理功能,开发了基于频率信号流量计的流量测量和仿真分析系统、自然循环两相流不稳定测量和仿真系统、相关技术测量流量和仿真系统,以及基于G Web服务器的热电偶校验监控系统。   实验室中大量使用涡街和涡轮流量计,流量信号是近似正弦波的频率信号,频率大小代表了流量的大小。由于实验室中电场、磁场相互影响和50Hz电网干扰,其测量精度受到很大影响,往往达不到流量传感器本身的精度。利用LabVIEW信号处理包中Super Resolution Spectral Est的PCAR Power Spectrum等模块,开发出基于频率信号的流量计流量测量和仿真分析系统。该系统既可作流量测量用,又可作为仿真分析用,达到优化测量方法,实现了高精度流量测量,具有所需采样点数少、分辨率高和抗噪声能力强等优点。   两相流特性和两相流不稳定研究是热工水力学学科的研究前沿,采用LabVIEW信号处理包中Super Resolution Spectral Est的PCAR Power Spectrum等模块,开发出自然循环两相流不稳定性测量和仿真分析系统,为深入研究两相流不稳定性问题提供了先进的测量和分析工具。   应用相关技术测量流量是先进的流量测量技术,它利用流体携带的某种特征信号,对载流管道相距L位置上的检测信号X(t)和Y(t)作相关处理来确定流体的运动速度,即流体的流量。   利用LabVIEW软件库中Signal Processing的Cross Correlation等模块,即可容易地开发出相关技术流量测量分析系统。在热工实验中,流体的温度和电导等信号都可作特征信号用,由相关函数Rxy最大值可知,信号Y(t)比信号X(t)延迟时间τ,根据两个测点之间的距离L,即可得到流体的流速W=L/τ。   用LabVIEW软件库中G Web服务器等模块,开发出远程控制的热电偶校验系统,用户可以通过浏览器对现场的校验监控程序进行操作,例如设定恒温温度,采集设备和通道号等参数。 基于LabVIEW的热工仿真技术   热工仿真技术主要是指应用计算机技术、热工水力学原理、数值计算方法和虚拟热工仪表技术,进行传热学和流体力学方面的数值模拟,即用计算机进行热工实验,达到(或基本达到)与热工水力学过程一致的结果和高可视化的数据表达,用来进行工程性实验预测和估计,达到优化实验,提高水平和效率,提高工程建设的可行性和经济性的目的。   “模块化与组合”的方法是用LabVIEW开发热工仿真程序的基本方法之一。所谓“模块化”就是对基本的热工对象的特征属性以及其热工过程的计算方法进行封装,形成一个独立的、可复用的基本模块,此模块既可以独立运行,也可以通过合理的联接与其他基本模块组合运行;所谓“组合”就是根据各个基本模块输入参数的类型以及相互关系对其进行联接,前一个模块的输出数据经过合理的处理后,作为后一个模块的输入参数,通过数据流驱动整个程序的运行,从而完成由简单的基本模块组成复杂仿真系统的过程,如图3所示。   1.模块化    热工对象模块是LabVIEW开发热工仿真程序系统结构的基础,其结构示意图如图4所示。要搭建一个具有基础模块结构的基本热工对象模块,首先需要对一个热工对象的特征及属性的进行总结、提炼,抽取其中的共同属性作为模块的输入参数、中间隐含参数或是输出参数,然后建立这些参数的物理关系,并以数学模型表达这些关系;必要的时候再根据需要辅以适当的辅助计算模块和对象的特性参数,从而形成一个完整且可以复用的基础热工对象模块。当模块应用于仿真程序时,它就成为程序框图中的一个“节点”。   2.组合   LabVIEW的运行是由数据流驱动的。简单地说,就是只有当所有输入参数的数据都已经准备好的时候,一个“节点”才能执行其功能,当“节点”的流程执行完后, 其所有的输出端都会产生一个数据值,传给下一个“节点”的输入端。   这种数据流驱动的执行方式使用户“组合”各个基本热工对象模块的过程变得更加容易,因为用户可以将实际的物理过程中的能量、质量的流动映射成数学模型中相应的数据流动,所以用户在编程过程中就可以根据实际的物理过程中各个热工对象之间的关系来联接各个基本的热工对象模块。   其仿真程序的框图如图5所示,为了清晰的显示上面所述的组合结构,这里隐去了程序框图中的一些模块的部分参数。   3.热工仿真程序系统的结构 根据“模块化与组合”这个基本思想,所设计的基于LabVIEW开发热工仿真程序系统的框架结构如图6所示。 结论   应用美国NI公司的LabVIEW和PXI等先进的虚拟仪器技术,将虚拟仪器和对等网络技术应用于热工水力学实验热工参数的测量和控制,开发成功了多项先进的热工测量技术和热工仿真技术,拓宽了热工测控平台的功能。

    时间:2018-06-19 关键词: LabVIEW 测控平台 pxi

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