測試測量(3)- 如何選擇設備的平臺

如何選擇平臺

在本文中所提到的平臺特指電氣/機械標準,即PXI,LXI,PCI以及USB等。
在工程師設計測試系統時,目標是在測試精度,數據吞吐量以及預算方面做一個平衡,從而搭建出最佳的測試系統。
我們的一個建議是,不需要把所有的儀器和設備都放在同一個平臺下使用,將不同平臺搭配在一起,實現優勢互補,纔是最爲合理的一種解決方案。
接下來將從當今最流行的三個平臺來簡述測試測量中平臺的選擇。尤其是開關係統。

哪個平臺最好?

在瞭解了有關繼電器和開關類型的知識以後,我們就需要確定開關係統的平臺。得益於軟硬件的發展,許多不同的平臺現在已經可以更加完美的協同工作,步進包括開關,還有電源,各種儀表等,不再需要考慮各種儀器是不是可以一起工作。因此,我們可以採用多平臺混合使用的方式來根據性能,預算和可用性來選擇最佳的平臺。

在考慮選擇哪些平臺的時候我們需要先考慮以下幾個問題:

  • 只考慮開關係統的平臺。開關係統地方機箱是不是有利於整套系統的設計?
  • 控制器接口。如何將所有的設備通過控制器整合到一起,延遲是否可以接受。
  • 電壓隔離度。如果測試系統中涉及到高壓信號,是否需要考慮到隔離度?是否已需要將開關係統和儀器隔離開?
  • 遠程控制。控制器和被控制的儀器,例如開關係統,距離有多遠。
  • 產品可用性。是否有合適的供應商,以及供應商的貨期是多久。
    -供應商的支持。供應商是否可以提供足夠多的技術支持,減少開發過程中的使用和學習成本。
  • 單個供應商解決方案。如果只有一個供應商可以提供解決方案,這種情況是否可以接受。、

PXI

在該平臺下,有幾家公司致力於提供開關係統,Pickering以其兩千多種產品的優勢成爲了行業的領導者,其他提供開關係統的公司包括National Instruments, Keysight and Marvin Test。

PXI平臺

因爲支持這個產品的廠商較多,產品種類豐富,所以客戶就有更多的選擇,可以輕鬆的升級現有配置或者使用現成產品複製一套新的系統。
隨着技術的發展,單塊板卡上的繼電器密度已經大大的提高,現在單個槽位的空間上可以實現最多528個交叉點,這樣就節省了PXI系統中寶貴的槽位空間,大大節省了成本。
因爲PXI高度依賴於Windows和PC(最近也有Linux系統加入進來)。這既是它的優勢,也是它的劣勢,優勢在於良好的使用體驗以及軟硬件支持;劣勢在於在使用多個機箱的時候,由於多個機箱都是掛載在同一條PXI總線上,如果上電的順序不對,很可能錯過PC開機枚舉總線上設備的時機,但是設備無法被PC識別。即不能熱拔插。

LXI

與PXI相同,也有好多家廠商在支持LXI總線的產品,因此選擇範圍也很廣。
需要注意的是,PXI和VXI系統也兼容LXI的設備,只需要將LXI設備當成一個獨立的機箱,掛到相應的控制器上就行。使用以太網控制可以很好地將開關係統與控制系統隔離,防止一些失誤導致損壞其他設備。

PXI平臺

通常情況下,LXI開關係統是多樣化和高度集成化系統的理想選擇。設備可以提供大量的I/O接口和更高的功率,得益於LXI規範寬鬆的機械結構要求,相比於其他模塊化平臺,廠商們可以自由的設計各種各樣的產品來滿足不了不同的需求。
LXI的以太網接口更容易維護,設備中集成了控制模塊,因此避免了PXI的上電順序不對帶來的問題。同時內置控制器中的底層軟件在很大程度上減少了客戶的使用學習成本。
如果我們需要遠程控制開關係統,LXI開關係統可以在另一個房間甚至是全球的範圍內實現對設備的控制。

USB

USB是我們最爲熟悉的一個平臺了,USB接口已經廣泛的應用於各種PC上。最新的技術室USB3.0,其傳輸速度遠超之前的版本,數據吞吐量已經可以達到測試測量的要求。其缺點是現有的USB儀器偏少,但是這個狀況很快就會有改觀。

PXI平臺

與LXI一樣,USB設備也可以用於遠程數據採集,但是不如LXI那麼遠,我們會發現在許多應用中,都把USB數據採集作爲一種補充。
在一些小型測試系統中,USB開關係統的使用和安裝都十分簡單。
缺點是現有的USB開關係統都缺少連接器固定裝置,這個就需要我們的工程師自己去解決。

所以到底該如何選擇呢?

就像我們之前說的,沒有一個平臺可以滿足所有的需求。通常來說:

LXI的擅長之處在於:

  • 大功率,大電流或者電壓的切換。因爲機械結構上的限制,太大的連接器和繼電器安裝不到PXI模塊上去。
  • 微波開關。因爲微波開關一般採用同軸繼電器,體積較大,所以比較適合LXI設備。
  • 遠程控制。得益於以太網,可以從很遠的地方控制設備。
  • LXI設備因爲具有本地控制器,所以在電源出故障後可以很快恢復。
  • 對於需要多種不同類型的開關的應用場合,可以有獨立的LXI設備來提供相應的功能。
  • LXI的產品幾乎可以解決所有的開關係統方面的問題。
  • 如果在複雜的測試環境中,LXI因爲具有獨立的控制器,所以可以分擔一部分測試系統CPU的壓力。

PXI有如下優勢:

  • PXI可以將開關係統和其他模塊化儀器集成到一個機箱內,節省空間。
  • PXI的總線接口速度較快,可以提高測試效率,
  • PXI是基於windows的,這就使得軟件環境更加友好。
  • PXI系統集成了控制器,這就使得系統的緊湊性和便攜性大大提高。
  • PXI平臺在使用不同功能和中小規模I/O數的使用場景下表現更爲優秀。

USB的優勢:

與LXI相似,USB也適用於遠程測試,同時內置的CPU也可以減輕主機CPU的壓力。因爲USB廣泛的應用於各種設備,且價格便宜,所以可以很容易的搭建一些低成本的測試系統。對於工控機來說,USB設備可以節省寶貴的系統槽位,而且也可以將開關係統放在PC外,避免了一些噪聲和干擾。

其他平臺

除了上述的一些平臺,目前在使用的還有一些其他的平臺,儘管這些平臺稍微有點過時,但是在一些場合仍會用到:
GPIB - 通用接口總線。即爲IEEE488儀器標準,該標準使用已經超過40年,至今仍在使用。GPIB標準是一個8位並行通信標準。最大傳輸速率可達8MB/s(IEEE488.1),這對於開關係統來說已經足夠了。但是當總線上掛載的設備過多時,數據傳輸速率會逐漸變慢。GPIB系統正在慢慢被淘汰和替換。

PXI平臺

PCI-PCI總線是由英特爾公司在20世紀80年代開發的。有32位和64位版本,提供33MHz或者66MHz的時鐘信號,最大數據傳輸速率可達533Mb/s。PCI總線正在被PCI-Express總線取代,但是因爲開關係統不需要很高的帶寬,所以傳統的PCI總線上仍然可以插PCI板卡,並且不會有任何速度上的影響。PCI接口也許會在PC上逐漸消失,但是仍然會活躍在工業計算機中。

PCI平臺

廠家標準- 各個廠家會設計不同的廠商標準來開發出各種模塊化的設備,因爲這些設備往往只能從一家公司購買,在選擇這些設備的時候首要考慮的就是廠商對這個標準的支持程度和支持時間。這類型的產品有Pickering的SIMRC,National Instruments的 CompactRIO® 和 UEI Cube™等。

PXI平臺
PXI平臺
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