PXI Express技术详解(完整版)

PXI Express仪器利用其所使用的快速PCI总线，为PXI平台新添了许多技术优势。该总线至多个仪器系统的数据吞吐量可以高达2 GB/s，并支持那些曾经只能通过定制硬件实现的应用。

PXI Express的技术优势

PXI标准在不断发展，引进了快速PCI技术之后，使得PXI自动化测试系统拥有了前所未有的高性能。在有些情况下，它支持PXI仪器执行一些以前一直无法完成的测量。

PXI Express是PXI的拓展部分。新型PXI Express机箱提供了混合兼容的插槽，使得PXI与PXI Express模块可以协同工作于同一系统。故PXI与PXI Express系统均具有面向自动化测试应用的三个关键技术优势。这些技术优势包括：
* 灵活的、软件定义的仪器
* 模块化仪器的集成
* 高数据吞吐量

软件定义的仪器系统所具备的灵活性，使得用户可以为各种不同的测量重新配置测试系统。这对于RF/通信制造测试尤为重要，该领域常常需要对同一台设备针对多个协议标准进行特定测量。其次，将模块化仪器集成到同一系统，使得用户可以从超过1500种现有的PXI仪器中选择合适的仪器。这些仪器包括测试与测量行业中最高性能的仪器：
* 18-位高精度多功能数据采集
* 采样率为500kS/s，精度高达24位的高精度数字化仪
* 具有pA精度和1000 V测量范围的快速7位半数字毫表
* 高密度开关，在单个3U插槽中具有512个交叉点
* 高达6.6 GHz的RF信号分析与发生器
* 高密度通道数与同步（高达5000个动态通道）

这种在同一系统中使用多个PXI仪器的能力使得单个测试系统可以用于测试多种混合信号设备。一个常见应用是PXI系统用于混合信号半导体ASIC特征。

最后，PXI与PXI Express仪器均具有一条用于仪器到主机PC传输信息的高性能数据总线。PXI仪器为总线上的所有设备提供高达132 MB/s的共享带宽。PXI Express仪器通过快速PCI总线甚至能够达到更高的吞吐量。快速PCI总线是一个点对点的高速串行总线，其每插槽带宽可以从250 MB/s扩展至2 GB/s。例如，一个x4PXI Express插槽为该插槽中的设备提供高达1GB/s的专用带宽。此外，当更多仪器被添加至系统中时，系统的总吞吐量相应增加。



PXI Express仪器吞吐量的提高，使得数项新的应用成为可能。凭借总线的高吞吐量，PXI Express仪器与PXI Express RAID硬盘驱动器协同使用，可以实现高速数据流导入磁盘或数据流导出磁盘的配置。这个能力尤其适用于两个特殊应用——智能信号与数字视频测试。

软件定义的测量：RF与通信测试

按照虚拟仪器方式，PCI或快速PCI总线是作为从仪器到PC的数据总线。可以结合定制算法或常见测量值（如上升时间或THD（总谐波失真）），对数据进行分析。由于软件定义的测量可以通过支持重新配置仪器以实现各种任务，所以非常有价值。

一个需要利用软件定义测量的应用领域便是RF与通信制造测试。由于现在的无线设备使用多个通信协议，如802.11g、GSM、GPS和蓝牙等，导致无线设备的测试挑战性和测试成本均急剧增加。以往，需要多个仪器以表征不同通信标准下的设备性能。然而使用多个独立仪器的成本非常高。今天，这种执行软件定义的RF测量的能力可以支持RF仪器的复用，以兼容多种协议的测试。因而，同一台仪器可以与多个不同特性的软件协同使用。用于无线标准兼容测试的仪器复用的一个常见范例，便是手机制造，如下图所示：



如图所示，单个PXI向量信号分析仪捕获对应不同通信标准的不同频率的RF信号。由于通信协议堆栈用软件实现，同一台仪器可以被复用于每一个通信标准。从而，软件定义的测量方式缩减了测试成本与空间占用。

多仪器集成：混合信号ASIC特征

对于混合信号测试，PXI的另一个技术优势是它提供了在同一个系统中紧密集成多个仪器的能力。这一能力提供了仪器间的精确同步和模拟与数字数据间的相关，并减少了仪器占用空间。这种仪器系统的混合信号方式使得各种测试应用获益匪浅。多通道混合信号ASIC，如数模转换器，便是一个范例。

现代专用集成电路（ASIC）需要满足各种不同信号要求的混合信号输入和输出。按照传统方法，这些设备的自动化测试需要多个工作台仪器，这需要耗费相当大的成本和物理空间。今天，PXI仪器系统提供了一种在单个测试中可以集成多个仪器的单平台解决方案。

例如，考虑表征一个4-通道、12-位、100 MHz数模转换器所需的测试仪器。该ASIC需要超过48个同步数字I/O的通道、4个精确模拟输入通道和一个可编程的DC电源。使用PXI仪器系统，在同一个系统中集成多个PXI仪器可以解决这一测试难题。如下图所示，可以实现多个数字I/O模块的同步，以提供48个满足通道间时间偏移小于1 ns的通道。此外，一个PXI高速数字化仪可以提供100 MS/s的采样率和14-位的精度。结合使用一个低插入损耗的RF开关之后，该测试系统仅需要一个数字化仪。最后，可以使用一个PXI可编程电源，以提供从0V到6V的、120?V精度的电压。一个多通道DAC的参考架构如下所示：



利用PXI模块化仪器，可以利用单个测试系统实现一个混合信号测试平台。测试一个4-通道DAC所需的系统如下所示：



以模块化方式构建的仪器系统可以被重新配置或扩展以满足未来的测试需求。此外，与LabVIEW编程环境的连接支持如THD、SFDR和SINAD等值的测量。在该系统中，通过观察其在电源、电流等各种因素改变时的性能表现，被测设备的特性可以被全面地刻画。