NI PXI模块化仪器设计优势

1、概述

利用软件定义的模块化仪器，工程师能设计和实现灵活的测试系统，而且能够快速地更改这些系统的方案。在市场上现有的1500多种PXI产品中，超过400种产品设计源自NI。从以往的应用案例我们可以得出，NI PXI仪器设计具有多种优势。本文就以下优势进行验证：面向任意应用的仪器、测量性能与质量、可供选择的软件架构和生产单元验证。

2、面向任意应用的仪器

NI提供450多种基于PXI和PXI Express技术的模块化仪器。这些仪器的操作范围从直流延伸到26.5 GHz，包括：业内分辨率最高并结合24位分辨率的数字化仪和业内最快也最精确的7 ½位数字万用表(DMM)。

图1. NI模块化仪器涵盖从业内分辨率最高，到业内精度最高的产品

NI在更有效的3U空间内，不断拓展PXI模块化仪器的性能。NI PXIe-5665矢量信号分析仪（VSA）的诞生使NI的PXI平台具备一流的射频精度和测试速度，超越了其它行业标准的台式仪器。 领先的测量技术的范例是NI PXIe-5186数字化仪，它由NI和世界领先的示波器制造商泰克™共同开发。 它是市场上性能最高的PXI数字化仪，具有5 GHz的带宽和高达12.5 GS/s的采样率。

表1. NI模块化仪器系列涵盖了面向各种应用的产品

NI不仅可提供广泛的模块化仪器产品系列，而且能实现现场可编程逻辑门阵列（FPGA）在PXI平台上的应用。对于需要管理大型数据，并且同时要求灵活性和自定制的应用，FPGA提供了强大的应用解决方案。NI FlexRIO向NI LabVIEW FPGA模块提供了灵活、可定制的I/O ，帮助用户创建高性能、可重新配置的仪器。LabVIEW FPGA将LabVIEW图形化开发平台的目标扩展至FPGA。由于LabVIEW能够清楚地表现并行架构和数据流，非常适用于FPGA程序的编写，所以用户不论有没有传统FPGA设计的经验都能高效运用可重新配置硬件的功能。 借助于开放的、可定制的信号前端，能够满足测试或嵌入式系统的确切需求。

图2. NI FlexRIO可以让用户将FPGA作为应用开发的目标平台，同时扩展了系统的功能

3、测量性能与质量

NI将多个专利技术集成到这些模块化仪器中，确保它们的性能处在业内的最高水平，同时为一些要求较高的应用提供可靠的测量质量。 这些技术包括:

• 同步内存核心(SMC)
• 用于模块化仪器的NI-TClk定时与同步技术
• 用于多功能数据采集的NI-STC3定时与同步技术
• 用于数据采集的NI-MCal校准算法

同步内存核心(SMC)

现今最新的电子设计功能集成度越来高，且模拟与数字技术的交叉越来越深入。 设计、原型开发和测试这些系统往往涉及视频、音频和数据的混合，如最新一代的无线手机和机顶盒测试，都要求数字和模拟采集/生成硬件紧密集成，且它们的基带采样率、失真度和定时功能相互匹配。而那些时序各异且模拟性能不匹配的独立模拟和数字仪器系统将不再适用。此外，由于这些仪器设备在全球各地昼夜运行制造，对于要求稳定的、高通量的功能测试而言，需要仪器系统能够在较大的温度范围内保持性能参数的稳定性和一致性。

NI设计了同步内存核心（SMC），它作为高速模块化仪器套件的通用架构，可以解决测试功能高度集成设备所带来的挑战。 对于集成混合信号原型及测试系统重要SMC特性有

• 灵活的输入和输出信号传输核心
• 最大可扩展至每通道512 MB的高速板载内存
• 精确的定时和同步引擎

SMC架构的核心是一个FPGA控制器，即作为仪器"CPU"的数据流FPGA（DataStream FPGA，DSF）。它处理各种指令，接收触发和锁定信号，实现外部信号路由，以及管理仪器和上位机之间的波形传输。

图3. SMC 架构

欲知更多有关SMC的信息和其工作原理，请参阅NI同步内存核心--混合信号测试的现代架构

基于NI  T-Clock技术，实现模块化仪器的定时和同步功能

由于单台仪器上激励/响应通道数量有限以及/或对混合信号激励/响应通道的需求，许多测试和测量应用需要多台仪器的定时与同步。 例如，一个示波器可能最多有四个通道，而单个信号发生器最多有两个通道。 从电子行业的混合信号测试，到科学研究中的激光光谱学等应用，都需要用于更高的计数通道的定时和同步，和/或将数字输入和输出通道与模拟输入和输出通道相关。

PXI平台，尤其是机箱，具有集成的定时和同步功能，能够使PXI模块保持一致性。 即便如此，分配时钟和触发器以实现高速同步的设备仍具有挑战性。在多台测量设备之间进行协同作用时，所造成的时间延迟和时序的不确定性会给同步造成巨大的阻碍，这一点在高速测试系统中尤其明显。这些问题，往往在最初的系统设计中被忽视，但最终会限制同步系统的速度和精度