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【测试测量专题三】如何选择设备的平台

助工
2019-06-20 19:22:23    评分

如何选择平台

在本文中所提到的平台特指电气/机械标准,即PXI,LXI,PCI以及USB等。

在工程师设计测试系统时,目标是在测试精度,数据吞吐量以及预算方面做一个平衡,从而搭建出最佳的测试系统。

我们的一个建议是,不需要把所有的仪器和设备都放在同一个平台下使用,将不同平台搭配在一起,实现优势互补,才是最为合理的一种解决方案。

接下来将从当今最流行的三个平台来简述测试测量中平台的选择。尤其是开关系统。

哪个平台最好?

在了解了有关继电器和开关类型的知识以后,我们就需要确定开关系统的平台。得益于软硬件的发展,许多不同的平台现在已经可以更加完美的协同工作,步进包括开关,还有电源,各种仪表等,不再需要考虑各种仪器是不是可以一起工作。因此,我们可以采用多平台混合使用的方式来根据性能,预算和可用性来选择最佳的平台。

在考虑选择哪些平台的时候我们需要先考虑以下几个问题:

  • 只考虑开关系统的平台。开关系统地方机箱是不是有利于整套系统的设计?

  • 控制器接口。如何将所有的设备通过控制器整合到一起,延迟是否可以接受。

  • 电压隔离度。如果测试系统中涉及到高压信号,是否需要考虑到隔离度?是否已需要将开关系统和仪器隔离开?

  • 远程控制。控制器和被控制的仪器,例如开关系统,距离有多远。

  • 产品可用性。是否有合适的供应商,以及供应商的货期是多久。

  • 供应商的支持。供应商是否可以提供足够多的技术支持,减少开发过程中的使用和学习成本。

  • 单个供应商解决方案。如果只有一个供应商可以提供解决方案,这种情况是否可以接受。

PXI

在该平台下,有几家公司致力于提供开关系统,Pickering以其两千多种产品的优势成为了行业的领导者,其他提供开关系统的公司包括National Instruments, Keysight and Marvin Test。

因为支持这个产品的厂商较多,产品种类丰富,所以客户就有更多的选择,可以轻松的升级现有配置或者使用现成产品复制一套新的系统。

随着技术的发展,单块板卡上的继电器密度已经大大的提高,现在单个槽位的空间上可以实现最多528个交叉点,这样就节省了PXI系统中宝贵的槽位空间,大大节省了成本。

因为PXI高度依赖于Windows和PC(最近也有Linux系统加入进来)。这既是它的优势,也是它的劣势,优势在于良好的使用体验以及软硬件支持;劣势在于在使用多个机箱的时候,由于多个机箱都是挂载在同一条PXI总线上,如果上电的顺序不对,很可能错过PC开机枚举总线上设备的时机,但是设备无法被PC识别。即不能热拔插。

LXI

与PXI相同,也有好多家厂商在支持LXI总线的产品,因此选择范围也很广。

需要注意的是,PXI和VXI系统也兼容LXI的设备,只需要将LXI设备当成一个独立的机箱,挂到相应的控制器上就行。使用以太网控制可以很好地将开关系统与控制系统隔离,防止一些失误导致损坏其他设备。

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通常情况下,LXI开关系统是多样化和高度集成化系统的理想选择。设备可以提供大量的I/O接口和更高的功率,得益于LXI规范宽松的机械结构要求,相比于其他模块化平台,厂商们可以自由的设计各种各样的产品来满足不了不同的需求。

LXI的以太网接口更容易维护,设备中集成了控制模块,因此避免了PXI的上电顺序不对带来的问题。同时内置控制器中的底层软件在很大程度上减少了客户的使用学习成本。

如果我们需要远程控制开关系统,LXI开关系统可以在另一个房间甚至是全球的范围内实现对设备的控制。

USB

USB是我们最为熟悉的一个平台了,USB接口已经广泛的应用于各种PC上。最新的技术室USB3.0,其传输速度远超之前的版本,数据吞吐量已经可以达到测试测量的要求。其缺点是现有的USB仪器偏少,但是这个状况很快就会有改观。

与LXI一样,USB设备也可以用于远程数据采集,但是不如LXI那么远,我们会发现在许多应用中,都把USB数据采集作为一种补充。

在一些小型测试系统中,USB开关系统的使用和安装都十分简单。

缺点是现有的USB开关系统都缺少连接器固定装置,这个就需要我们的工程师自己去解决。

所以到底该如何选择呢?

就像我们之前说的,没有一个平台可以满足所有的需求。通常来说:

LXI的擅长之处在于:

  • 大功率,大电流或者电压的切换。因为机械结构上的限制,太大的连接器和继电器安装不到PXI模块上去。

  • 微波开关。因为微波开关一般采用同轴继电器,体积较大,所以比较适合LXI设备。

  • 远程控制。得益于以太网,可以从很远的地方控制设备。

  • LXI设备因为具有本地控制器,所以在电源出故障后可以很快恢复。

  • 对于需要多种不同类型的开关的应用场合,可以有独立的LXI设备来提供相应的功能。

  • LXI的产品几乎可以解决所有的开关系统方面的问题。

  • 如果在复杂的测试环境中,LXI因为具有独立的控制器,所以可以分担一部分测试系统CPU的压力。

PXI有如下优势:

  • PXI可以将开关系统和其他模块化仪器集成到一个机箱内,节省空间。

  • PXI的总线接口速度较快,可以提高测试效率。

  • PXI是基于windows的,这就使得软件环境更加友好。

  • PXI系统集成了控制器,这就使得系统的紧凑性和便携性大大提高。

  • PXI平台在使用不同功能和中小规模I/O数的使用场景下表现更为优秀。

USB的优势:

与LXI相似,USB也适用于远程测试,同时内置的CPU也可以减轻主机CPU的压力。因为USB广泛的应用于各种设备,且价格便宜,所以可以很容易的搭建一些低成本的测试系统。对于工控机来说,USB设备可以节省宝贵的系统槽位,而且也可以将开关系统放在PC外,避免了一些噪声和干扰。

其他平台

除了上述的一些平台,目前在使用的还有一些其他的平台,尽管这些平台稍微有点过时,但是在一些场合仍会用到:

GPIB - 通用接口总线。即为IEEE488仪器标准,该标准使用已经超过40年,至今仍在使用。GPIB标准是一个8位并行通信标准。最大传输速率可达8MB/s(IEEE488.1),这对于开关系统来说已经足够了。但是当总线上挂载的设备过多时,数据传输速率会逐渐变慢。GPIB系统正在慢慢被淘汰和替换。

PCI-PCI总线是由英特尔公司在20世纪80年代开发的。有32位和64位版本,提供33MHz或者66MHz的时钟信号,最大数据传输速率可达533Mb/s。PCI总线正在被PCI-Express总线取代,但是因为开关系统不需要很高的带宽,所以传统的PCI总线上仍然可以插PCI板卡,并且不会有任何速度上的影响。PCI接口也许会在PC上逐渐消失,但是仍然会活跃在工业计算机中。

厂家标准- 各个厂家会设计不同的厂商标准来开发出各种模块化的设备,因为这些设备往往只能从一家公司购买,在选择这些设备的时候首要考虑的就是厂商对这个标准的支持程度和支持时间。这类型的产品有Pickering的SIMRC,National Instruments的 CompactRIO® 和 UEI Cube™等。

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本文转载自优秀技术工程师Frank-Han的blog原创文章



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