新一代开放式仪器接口标准LXI

在推动电子测量仪器技术发展过程中,从70年代初至2000年代初的三十多年中,先后出现GPIB(通用仪器总线,IEEE488标准)、VXI(VME总线的仪器扩展,IEEE1515标准)和PXI(PCI总线的仪器扩展)三种开放式仪器总线,2005年9月LXI联盟发布LXI(LAN的仪器扩展)标准1.0版本,标志着测量仪器的新一代开放总线标准的到来。LXI标准继承前面三种开放式总线的优点,在局域网标准(IEEE802.3)基础上增加测量仪器系统所需的功能,扩展成为性能强大的结构灵活的开放式平台,LXI联盟发布的LXI标准1.0版本详细规定物理结构、机械接口、同步定时、软件界面、网络组成、触发、电磁兼容的各项标准。

　　LXI联盟和LXI标准

LXI联盟成立于2004年9月,由安捷伦科技和VXI科技两家公司发起,获得十多家著名测量仪器公司响应,宗旨是制订适应二十一世纪测量仪器的新一代开放式接口标准。几年的实践,认为选用以太网作为仪器作为仪器总线的基础最有发展前途,不再采用GPIB那样的8位并行总线,亦不采用更新周期较短的计算机外设总线。以太网经二十多年的发展成为成熟的技术,还在不断提高传输速度,并且是普及的局域网和PC机的标准配置网络接口,它的支持芯片、连接线缆、连接器、集线器的成本便宜,网页和浏览器资源众多,工程技术人员熟悉相关界面。以太网作为通信局域网,它的特性不能完全适合测量仪器的组网应用,需要在局域网上加以扩充,故称为LAN eXtensions for Instrumentation (LAN的仪器扩充,简称LXI)。在LXI标准起草过程中还制成LXI原形模块仪器多种,经过两次LXI原型系统的互操作性试验,证实LXI标准的可用性和功能性完全达到预期目的。LXI标准版本1.0在2005年9月26日公布。

　　以太网是LXI标准的基础

选择以太网作为LXI标准的物理基础是因为它具有良好的稳定性。

为了适应不同的应用和扩大LXI标准的兼容性,按仪器的组网功能分为三个级别：

C级器件：具有标准化的以太网和网页浏览接口,作为最基本的级别,适合传统仪器的接入,特别是物理上小型的产品,例如传感器的接入,它们无需支持物理上的触发和定时同步。此外,可用于以太网供电或电池供电的小型、简单仪器。C级器件的触发要求由仪器供应商自行规定。

B级器件：具有标准化以太网接口和支持IEEE1588定时协议,定时协议使器件能够执行同步功能,达到与GPIB总线仪器相似的或更好的定时精度。

A级器件：是供标准化以太网接口和支持IEEE1588定时协议,以及物理上的线接触发功能。线接触发使器件之间建立事件触发的标准化操作,触发的定时精度只受线缆长度和物理上仪器设计的限制。A级器件的触发功能大体达到VXI和PXI模块仪器的水平,但是触发线缆的长度要比背板触发线的长得多。

　　LXI标准的物理规范

LXI器件的机箱

LXI器件采用国际电工技术委员会IEC60297-1标准,即宽度为482.6mm(19英寸)的标准机箱,高度分1U、2U、3U和4U(单位U=13/4英寸=44.45mm),物理尺寸与GPIB机箱兼容。LXI器件的最小单元是1U半宽度机箱,由于IEC60297-1没有定义半宽度机箱,LXI标准对半宽度机箱尺寸作出规定,作为无前面板的LXI模块结构与VXI和PXI的插卡模块结构不同,其表现为：

• 　　LXI模块不使用多层PCB背板的框架式机箱、通风风扇、电源管理,以及框架机箱与PC控制器的专用通信链路。
• 　　LXI模块可紧密堆叠置放,而且适合于安装已有的GPIB桌面仪器。
• 　　LXI模块具有多种尺寸可供使用,而VXI和PXI框架机箱往往需要在仪器性能和模块尺寸之间作出选择。

LXI模块的通风冷却

LXI模块采用独立的通风冷却,气流从模块两侧进入,从背面排出,半宽度模块的设计使一侧被相邻模块阻挡时具有足够通风量。LXI模块不能提供上、下两面作为气流入口,以便模块可上、下堆叠。

LXI模块的冷却方式与GPIB仪器相似,但与VXI和PXI模块领先框架机箱的风扇气流冷却方式不同,VXI和PXI模块的冷却需要考虑机箱总气流的合理分配,甚至要在模块性能与冷却之间作出权衡。

LXI模块的供电

LXI模块的交流电取自单相交流电网,电压范围100~240VAC和频率范围47~66Hz。直流供电取自模块内的直流电源或由以太网供电。LXI模块的供电方式与GPIB仪器相似,而与框架式VXI和PXI模块仪器的由机箱背板供电方式不同。

VXI和PXI的背板直流供电总功率由10个左右的模块分配,需要在模块性能与供电功率之间作出折衷。LXI模块直接从交流电网供电,故具有灵活性。

LXI模块的安全和电磁兼容

LXI模块应该符合各国、地区或工业要求的电气安全标准,如CSA、EN、 UL、和 IEC等的认证。此外还要遵循相关的电磁兼容标准。

LXI模块的连接器、开关和指示灯

LXI标准对模块的连接器、开关和