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PXI Express儀器利用其所使用的快速PCI總線，為PXI平臺新添了許多技術優勢。該總線至多個儀器系統的數據吞吐量可以高達2 GB/s，并支持那些曾經只能通過定制硬件實現的應用。 PXI Express的技術優勢 PXI標準在不斷發展，引進了快速PCI技術之后，使得PXI自動化測試系統擁有了前所未有的高性能。在有些情況下，它支持PXI儀器執行一些以前一直無法完成的測量。 PXI Express是PXI的拓展部分。新型PXI Express機箱提供了混合兼容的插槽，使得PXI與PXI Express模塊可以協同工作于同一系統。故PXI與PXI Express系統均具有面向自動化測試應用的三個關鍵技術優勢。這些技術優勢包括： * 靈活的、軟件定義的儀器 * 模塊化儀器的集成 * 高數據吞吐量 軟件定義的儀器系統所具備的靈活性，使得用戶可以為各種不同的測量重新配置測試系統。這對于RF/通信制造測試尤為重要，該領域常常需要對同一臺設備針對多個協議標準進行特定測量。其次，將模塊化儀器集成到同一系統，使得用戶可以從超過1500種現有的PXI儀器中選擇合適的儀器。這些儀器包括測試與測量行業中最高性能的儀器： * 18-位高精度多功能數據采集 * 采樣率為500kS/s，精度高達24位的高精度數字化儀 * 具有pA精度和1000 V測量范圍的快速7位半數字毫表 * 高密度開關，在單個3U插槽中具有512個交叉點 * 高達6.6 GHz的RF信號分析與發生器 * 高密度通道數與同步（高達5000個動態通道） 這種在同一系統中使用多個PXI儀器的能力使得單個測試系統可以用于測試多種混合信號設備。一個常見應用是PXI系統用于混合信號半導體ASIC特征。 最后，PXI與PXI Express儀器均具有一條用于儀器到主機PC傳輸信息的高性能數據總線。PXI儀器為總線上的所有設備提供高達132 MB/s的共享帶寬。PXI Express儀器通過快速PCI總線甚至能夠達到更高的吞吐量。快速PCI總線是一個點對點的高速串行總線，其每插槽帶寬可以從250 MB/s擴展至2 GB/s。例如，一個x4PXI Express插槽為該插槽中的設備提供高達1GB/s的專用帶寬。此外，當更多儀器被添加至系統中時，系統的總吞吐量相應增加。 PXI Express儀器吞吐量的提高，使得數項新的應用成為可能。憑借總線的高吞吐量，PXI Express儀器與PXI Express RAID硬盤驅動器協同使用，可以實現高速數據流導入磁盤或數據流導出磁盤的配置。這個能力尤其適用于兩個特殊應用——智能信號與數字視頻測試。 軟件定義的測量：RF與通信測試 按照虛擬儀器方式，PCI或快速PCI總線是作為從儀器到PC的數據總線。可以結合定制算法或常見測量值（如上升時間或THD（總諧波失真）），對數據進行分析。由于軟件定義的測量可以通過支持重新配置儀器以實現各種任務，所以非常有價值。 一個需要利用軟件定義測量的應用領域便是RF與通信制造測試。由于現在的無線設備使用多個通信協議，如802.11g、GSM、GPS和藍牙等，導致無線設備的測試挑戰性和測試成本均急劇增加。以往，需要多個儀器以表征不同通信標準下的設備性能。然而使用多個獨立儀器的成本非常高。今天，這種執行軟件定義的RF測量的能力可以支持RF儀器的復用，以兼容多種協議的測試。因而，同一臺儀器可以與多個不同特性的軟件協同使用。用于無線標準兼容測試的儀器復用的一個常見范例，便是手機制造，如下圖所示： 如圖所示，單個PXI向量信號分析儀捕獲對應不同通信標準的不同頻率的RF信號。由于通信協議堆棧用軟件實現，同一臺儀器可以被復用于每一個通信標準。從而，軟件定義的測量方式縮減了測試成本與空間占用。 多儀器集成：混合信號ASIC特征 對于混合信號測試，PXI的另一個技術優勢是它提供了在同一個系統中緊密集成多個儀器的能力。這一能力提供了儀器間的精確同步和模擬與數字數據間的相關，并減少了儀器占用空間。這種儀器系統的混合信號方式使得各種測試應用獲益匪淺。多通道混合信號ASIC，如數模轉換器，便是一個范例。 現代專用集成電路（ASIC）需要滿足各種不同信號要求的混合信號輸入和輸出。按照傳統方法，這些設備的自動化測試需要多個工作臺儀器，這需要耗費相當大的成本和物理空間。今天，PXI儀器系統提供了一種在單個測試中可以集成多個儀器的單平臺解決方案。 例如，考慮表征一個4-通道、12-位、100 MHz數模轉換器所需的測試儀器。該ASIC需要超過48個同步數字I/O的通道、4個精確模擬輸入通道和一個可編程的DC電源。使用PXI儀器系統，在同一個系統中集成多個PXI儀器可以解決這一測試難題。如下圖所示，可以實現多個數字I/O模塊的同步，以提供48個滿足通道間時間偏移小于1 ns的通道。此外，一個PXI高速數字化儀可以提供100 MS/s的采樣率和14-位的精度。結合使用一個低插入損耗的RF開關之后，該測試系統僅需要一個數字化儀。最后，可以使用一個PXI可編程電源，以提供從0V到6V的、120?V精度的電壓。一個多通道DAC的參考架構如下所示： 利用PXI模塊化儀器，可以利用單個測試系統實現一個混合信號測試平臺。測試一個4-通道DAC所需的系統如下所示： 以模塊化方式構建的儀器系統可以被重新配置或擴展以滿足未來的測試需求。此外，與LabVIEW編程環境的連接支持如THD、SFDR和SINAD等值的測量。在該系統中，通過觀察其在電源、電流等各種因素改變時的性能表現，被測設備的特性可以被全面地刻畫。 高數據吞吐量：數據流盤應用 PXI Express儀器的最大技術優勢在于快速PCI總線的高數據吞吐量。這一優勢不僅縮短了常見自動化測試應用的測試時間，也使得迄今現成商用硬件無法支持的新型應用成為可能。范例之一便是智能信號和數字視頻測試等應用的數據流盤場景。 傳統的工作臺儀器系統，如任意波形發射器、邏輯分析儀和示波器等，使用板載有限的存儲器作為存儲波形數據的臨時緩存。板載存儲器昂貴而且可用空間有限。此外，這些儀器可以通過GPIB、LAN或USB接口將波形輸入至PC或自PC輸出波形。糟糕的是，這樣的數據吞吐量只有每秒幾兆字節。對于數據流盤或者數據流導入內存的應用，需要高得多的吞吐量。PXI Express憑借其高吞吐量和低總線時延，提供了一個有說服力的解決方案。 幸運的是，LabVIEW的多線程編程模型使得數據流導盤應用可以被方便地優化。由于LabVIEW動態地分配編程任務至多個線程，我們可以通過將儀器I/O和文件I/O分解成兩個獨立的while循環，實現更高的吞吐量。推薦使用的編程方式為生產者-消費者循環結構，如下圖所示。 在上例中，上面的循環（生產者）從一個高速數字化儀中采集數據，并將其傳遞至一個隊列結構（一個LabVIEW FIFO）。該隊列可用于LabVIEW中的多個while循環間的數據傳遞。下面的循環（消費者）自隊列結構中讀取數據并將其寫入到磁盤。生產者/消費者循環結構為數據流盤應用提供了最佳的性能，因為在消費者循環將數據寫入到磁盤的同時，生產者循環可以繼續采集數據。 標定數據流盤應用 PXI Express儀器吞吐量的提高，使得數據流盤應用中的更高采樣率和通道數成為可能。為了標定數據流盤應用的準確吞吐量。我們可以使用下述等式： 吞吐量=采樣率x字節/采樣x通道數 例如，我們考慮這樣一個數據流盤的應用場景：利用PXIe-5122高速數字化儀的兩個通道、最大采樣率為100 MS/s。注意到PXIe-5122是一個14-位的數字化儀，因此每個采樣值需要2字節存儲空間或磁盤空間。PXIe-5122的最大吞吐量如下所示： 吞吐量=100 MS/s x 2字節/采樣 x 2通道=400 MB/s 為了精確表征一個真實系統的性能，我們使用了一個PXI Express雙核嵌入式控制器，以及一個速率為650 MB/s的PXI Express x4 RAID-0硬盤驅動器。對于該測試，所用的采集大小為40 GB。在如下所示的測試結果中，使用了多個具有256 MB板上內存的PXIe-5122數字化儀。表一（如下所示）描述了根據所需通道的數目數據流盤應用的最大采樣率。 作為數據流盤應用的一個變體，您也可以將來自一個高速數字化儀的數據以數據流的形式導入我們的PXI控制器的板上存儲器。這一方法不要求一個RAID硬盤驅動器配置，吞吐量也不受硬盤的磁盤寫入速度限制。實際上，吞吐量受快速PCI總線的帶寬限制，而采集數據大小則受限于可用的PC存儲器的空間大小。在一個典型的數據流盤應用中，PC存儲器只是作為數據的臨時緩存。由于一個典型的嵌入式控制器能夠達到磁盤寫入速度40 MB/s的能力，所以數據可以先存儲在存儲器中然后再寫入磁盤。 在下列數據流導入存儲器場景的標定中，使用了一個具有2 GB板上存儲空間的PXI Express雙核控制器。對于100百萬采樣每通道的采集大小，該測試需要高達1.2 GB的PC存儲器以支持六個通道。這里，再次使用了多個具有256 MB板上存儲空間的PXIe-5122數字化儀，以獲取最佳結果。其結果如下面表2所示： 數據流盤和數據流導入存儲器應用能夠在PXI中達到如此之高的吞吐量的一個原因，便是利用了一個高帶寬與低時延的數據總線——快速PCI。如果我們將該總線與其它標準數據總線相比較，我們將發現該總線提供了最高的吞吐量和最低的數據時延。 這種將數據以流的形式導入磁盤的能力使得許多應用獲益匪淺。這里我們將詳細討論的兩個常見應用為：1）信號情報/頻譜監測和2）數字視頻測試。 信號情報：中頻數據流盤 現代軍事偵察、衛星通信和頻譜監測應用需要長時間地將大部分數據以數據流的形式導入硬盤的能力。以往，這些應用只能借助構建和維護都十分昂貴的定制硬件實現。然而，信號情報應用中的波形數據流盤，現在可以通過商業現成可用（COTS）的PXI和PXI Express儀器系統來實現。 為了捕獲RF信號，我們使用一個高速數字化儀以采集來自下變頻器的中頻（IF）信號。該下變頻器工作于RF頻段，使用一個或多個混頻器將RF信號轉換到一個可以為高速數模轉換器所捕獲的頻率范圍。利用PXIe-5122高速數字化儀的兩個采樣率為100 MS/s的通道，您可以采集到兩個IF信號，每個通道的帶寬為50 MHz。這使得信號采集的總RF帶寬為100 MHz。 對于信號情報應用，部分頻譜以數據流的方式導入磁盤的典型持續時間為數分鐘或數小時。一旦保存，該數據便可以通過功率譜或時頻譜進行后續軟件處理。一些場合下，也可以通過任意波形發生器反向生成所捕獲的頻譜數據，以仿真實際環境。 消費電子產品：數字視頻測試 另一項需要長時間采集或測試波形的應用便是數字視頻測試。DVI標準支持LCD顯示器和平板等離子顯示。因為新的技術需要更高時鐘速率，所以生成和采集移動DVI顯示圖樣需要持續時間更長的波形。 當使用DVI輸出測試現代機頂盒時，長時間生成或采集數字視頻圖樣對于準確的測試非常關鍵。例如，測試當今的機頂盒的圖像解壓縮和解碼算法，需要動態測試圖樣。由于像素偏移僅發生在移動圖像上，所以檢測這些位誤差要求一次數字信號傳輸的采集持續數秒甚至數分鐘。在下圖中，您可以觀察出像素偏移對數字圖像的影響。 借助PXI Express，可以利用現成可用的RAID硬盤驅動器配置，持續采集DVI圖像高達數分鐘或者甚至數小時。例如，PXIe-6537高速數字I/O模塊通過配置，可以以高達200 MB/s的速率持續數小時（2.5小時 = 1.8 TB）實現數據流盤。因而，工程師們可以利用現成可用的PXI Express儀器執行準確的數字視頻像素偏移測試。 總結 PXI Express儀器系統賦予PXI平臺前所未有的強大功能。通過PXI平臺，客戶能夠實現： * 靈活的、軟件定義的測量 * 模塊化儀器的集成 * 高數據吞吐量 憑借這些技術優勢，PXI儀器系統使得各種應用獲益匪淺，其中包括RF與通信測量、混合信號ASIC表征、信號情報和數字視頻測試等。而且，雖然PXI平臺業已提供了所有這些技術，但是，PXI Express通過利用快速PCI總線大幅提高吞吐量，顯著改進了該平臺的性能。因而，客戶能夠創建高精確的自動化測試系統，與以往系統相比，該系統不僅測試時間更短，而且測試功能也更為強大。 |
