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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(yōu)勢。該總線至多個儀器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(xiàn)的應用。 PXI Express的技術優(yōu)勢 PXI標準在不斷發(fā)展，引進了快速PCI技術之后，使得PXI自動化測試系統(tǒng)擁有了前所未有的高性能。在有些情況下，它支持PXI儀器執(zhí)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(xié)同工作于同一系統(tǒng)。故PXI與PXI Express系統(tǒng)均具有面向自動化測試應用的三個關鍵技術優(yōu)勢。這些技術優(yōu)勢包括： * 靈活的、軟件定義的儀器 * 模塊化儀器的集成 * 高數(shù)據(jù)吞吐量 軟件定義的儀器系統(tǒng)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(tǒng)。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(xié)議標準進行特定測量。其次，將模塊化儀器集成到同一系統(tǒng)，使得用戶可以從超過1500種現(xiàn)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(yè)中最高性能的儀器： * 18-位高精度多功能數(shù)據(jù)采集 * 采樣率為500kS/s，精度高達24位的高精度數(shù)字化儀 * 具有pA精度和1000 V測量范圍的快速7位半數(shù)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(fā)生器 * 高密度通道數(shù)與同步（高達5000個動態(tài)通道） 這種在同一系統(tǒng)中使用多個PXI儀器的能力使得單個測試系統(tǒng)可以用于測試多種混合信號設備。一個常見應用是PXI系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(tǒng)中時，系統(tǒng)的總吞吐量相應增加。 PXI Express儀器吞吐量的提高，使得數(shù)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(xié)同使用，可以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)流導入磁盤或數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(xiàn)在的無線設備使用多個通信協(xié)議，如802.11g、GSM、GPS和藍牙等，導致無線設備的測試挑戰(zhàn)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(zhí)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(xié)議的測試。因而，同一臺儀器可以與多個不同特性的軟件協(xié)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(xié)議堆棧用軟件實現(xiàn)，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(yōu)勢是它提供了在同一個系統(tǒng)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(shù)字數(shù)據(jù)間的相關，并減少了儀器占用空間。這種儀器系統(tǒng)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(shù)模轉換器，便是一個范例。 現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)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(shù)模轉換器所需的測試儀器。該ASIC需要超過48個同步數(shù)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(tǒng)，在同一個系統(tǒng)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(xiàn)多個數(shù)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(shù)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(tǒng)僅需要一個數(shù)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(tǒng)實現(xiàn)一個混合信號測試平臺。測試一個4-通道DAC所需的系統(tǒng)如下所示： 以模塊化方式構建的儀器系統(tǒng)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(huán)境的連接支持如THD、SFDR和SINAD等值的測量。在該系統(tǒng)中，通過觀察其在電源、電流等各種因素改變時的性能表現(xiàn)，被測設備的特性可以被全面地刻畫。 高數(shù)據(jù)吞吐量：數(shù)據(jù)流盤應用 PXI Express儀器的最大技術優(yōu)勢在于快速PCI總線的高數(shù)據(jù)吞吐量。這一優(yōu)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(xiàn)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(shù)字視頻測試等應用的數(shù)據(jù)流盤場景。 傳統(tǒng)的工作臺儀器系統(tǒng)，如任意波形發(fā)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)吞吐量只有每秒幾兆字節(jié)。對于數(shù)據(jù)流盤或者數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流導盤應用可以被方便地優(yōu)化。由于LabVIEW動態(tài)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(huán)，實現(xiàn)更高的吞吐量。推薦使用的編程方式為生產者-消費者循環(huán)結構，如下圖所示。 在上例中，上面的循環(huán)（生產者）從一個高速數(shù)字化儀中采集數(shù)據(jù)，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(huán)間的數(shù)據(jù)傳遞。下面的循環(huán)（消費者）自隊列結構中讀取數(shù)據(jù)并將其寫入到磁盤。生產者/消費者循環(huán)結構為數(shù)據(jù)流盤應用提供了最佳的性能，因為在消費者循環(huán)將數(shù)據(jù)寫入到磁盤的同時，生產者循環(huán)可以繼續(xù)采集數(shù)據(jù)。 標定數(shù)據(jù)流盤應用 PXI Express儀器吞吐量的提高，使得數(shù)據(jù)流盤應用中的更高采樣率和通道數(shù)成為可能。為了標定數(shù)據(jù)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(jié)/采樣x通道數(shù) 例如，我們考慮這樣一個數(shù)據(jù)流盤的應用場景：利用PXIe-5122高速數(shù)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(shù)字化儀，因此每個采樣值需要2字節(jié)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(jié)/采樣 x 2通道=400 MB/s 為了精確表征一個真實系統(tǒng)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(shù)字化儀。表一（如下所示）描述了根據(jù)所需通道的數(shù)目數(shù)據(jù)流盤應用的最大采樣率。 作為數(shù)據(jù)流盤應用的一個變體，您也可以將來自一個高速數(shù)字化儀的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流盤應用中，PC存儲器只是作為數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)可以先存儲在存儲器中然后再寫入磁盤。 在下列數(shù)據(jù)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(shù)字化儀，以獲取最佳結果。其結果如下面表2所示： 數(shù)據(jù)流盤和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)總線——快速PCI。如果我們將該總線與其它標準數(shù)據(jù)總線相比較，我們將發(fā)現(xiàn)該總線提供了最高的吞吐量和最低的數(shù)據(jù)時延。 這種將數(shù)據(jù)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(jiān)測和2）數(shù)字視頻測試。 信號情報：中頻數(shù)據(jù)流盤 現(xiàn)代軍事偵察、衛(wèi)星通信和頻譜監(jiān)測應用需要長時間地將大部分數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)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(xiàn)。然而，信號情報應用中的波形數(shù)據(jù)流盤，現(xiàn)在可以通過商業(yè)現(xiàn)成可用（COTS）的PXI和PXI Express儀器系統(tǒng)來實現(xiàn)。 為了捕獲RF信號，我們使用一個高速數(shù)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(shù)模轉換器所捕獲的頻率范圍。利用PXIe-5122高速數(shù)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(shù)據(jù)流的方式導入磁盤的典型持續(xù)時間為數(shù)分鐘或數(shù)小時。一旦保存，該數(shù)據(jù)便可以通過功率譜或時頻譜進行后續(xù)軟件處理。一些場合下，也可以通過任意波形發(fā)生器反向生成所捕獲的頻譜數(shù)據(jù)，以仿真實際環(huán)境。 消費電子產品：數(shù)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(shù)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(xù)時間更長的波形。 當使用DVI輸出測試現(xiàn)代機頂盒時，長時間生成或采集數(shù)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(tài)測試圖樣。由于像素偏移僅發(fā)生在移動圖像上，所以檢測這些位誤差要求一次數(shù)字信號傳輸?shù)牟杉掷m(xù)數(shù)秒甚至數(shù)分鐘。在下圖中，您可以觀察出像素偏移對數(shù)字圖像的影響。 借助PXI Express，可以利用現(xiàn)成可用的RAID硬盤驅動器配置，持續(xù)采集DVI圖像高達數(shù)分鐘或者甚至數(shù)小時。例如，PXIe-6537高速數(shù)字I/O模塊通過配置，可以以高達200 MB/s的速率持續(xù)數(shù)小時（2.5小時 = 1.8 TB）實現(xiàn)數(shù)據(jù)流盤。因而，工程師們可以利用現(xiàn)成可用的PXI Express儀器執(zhí)行準確的數(shù)字視頻像素偏移測試。 總結 PXI Express儀器系統(tǒng)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(xiàn)： * 靈活的、軟件定義的測量 * 模塊化儀器的集成 * 高數(shù)據(jù)吞吐量 憑借這些技術優(yōu)勢，PXI儀器系統(tǒng)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(shù)字視頻測試等。而且，雖然PXI平臺業(yè)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(chuàng)建高精確的自動化測試系統(tǒng)，與以往系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)不僅測試時間更短，而且測試功能也更為強大。 |
