儀器總線發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)于任何一個(gè)可以與系統(tǒng)級(jí)測(cè)試掛上勾的儀器而言，總線是一個(gè)必不可少的單元，在測(cè)試設(shè)備及系統(tǒng)中承載著數(shù)據(jù)傳輸和控制等的重要功能。測(cè)試測(cè)量?jī)x器業(yè)從1960年代制定第一個(gè)儀器總線標(biāo)準(zhǔn)GPIB，大約每10年增添一種新的儀器總線，相繼推出VXI、PXI和 LXI，近年來(lái)還有從PC外設(shè)總線直接移植作為儀器總線的USB。總線技術(shù)的盛行，讓儀器從此告別了各自為戰(zhàn)，使測(cè)試系統(tǒng)和靈活測(cè)試系統(tǒng)搭建成為可能，極大提升了電子測(cè)試的效率及應(yīng)用領(lǐng)域。

幾種現(xiàn)有總線

GPIB(General Purpose Interface Bus)總線

GPIB在70年代由惠普提出，然后批準(zhǔn)成為IEEE488標(biāo)準(zhǔn)，成為業(yè)界接受的第一個(gè)程控通用儀器總線。用GPIB總線最多可同時(shí)連接14臺(tái)設(shè)備。線纜長(zhǎng)度最大為2米。由于歷史悠久，GPIB具有最廣泛的軟硬件支持。幾乎所有的獨(dú)立儀器都配有GPIB接口。GPIB測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡(jiǎn)單，有專為儀器控制所設(shè)計(jì)的接口信號(hào)和接插件，具有突出的堅(jiān)固性和可靠性。GPIB適合自動(dòng)化現(xiàn)有的測(cè)試設(shè)備、混合測(cè)控系統(tǒng)和特殊要求的專用儀器的系統(tǒng)，缺點(diǎn)是無(wú)法提供多臺(tái)儀器同步和觸發(fā)的功能，在傳輸大量數(shù)據(jù)時(shí)帶寬不足。由于歷史悠久，GPIB總線現(xiàn)在依然活躍在市場(chǎng)上。

VXI(VMEbus eXtensions for Instrumentation)總線

1987年VXI總線聯(lián)盟(VXIbus Consortium)成立，VXI總線規(guī)范于1992年9月17日被IEEE 標(biāo)準(zhǔn)局批準(zhǔn)為IEEE-1155-1992標(biāo)準(zhǔn)。VXI總線的出現(xiàn)，將高級(jí)測(cè)量與測(cè)試應(yīng)用設(shè)備帶入模塊化領(lǐng)域，它擁有穩(wěn)定的電源、強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的RFI/EMI屏蔽。具有結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)(最新的3.0版規(guī)范總線帶寬提高到160Mbit/s)、定時(shí)和同步精確等特點(diǎn)，適用于組建大、中規(guī)模的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和對(duì)速度、精度要求高的應(yīng)用場(chǎng)合。單個(gè)VXI卡箱最多可擴(kuò)展到13個(gè)槽位。VXI現(xiàn)在主要用于大型的ATE系統(tǒng)、航空、航天等國(guó)防軍工領(lǐng)域。

PXI總線

NI公司為首的 PXISA(PXI系統(tǒng)聯(lián)盟)成立于1997年9月，在PXISA誕生的同時(shí)，公布了PXI總線標(biāo)準(zhǔn)1.0版本和演示第一臺(tái)簡(jiǎn)單配置的PXI儀器。目前 PXI已經(jīng)廣為接受，并且以年均20%的速度快速成長(zhǎng)，儼然成為總線技術(shù)的未來(lái)領(lǐng)軍者。關(guān)于PXI總線的詳細(xì)內(nèi)容，另文將詳細(xì)介紹。

LXI 總線

2004年9月成立的以安捷倫公司為首的 LXI 總線聯(lián)合體，2005年發(fā)布LXI標(biāo)準(zhǔn)1.0版本，并推出第一批 LXI 模塊。LXI總線的基礎(chǔ)設(shè)施是以太網(wǎng)，通過(guò)高速以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)從局域至廣域的全球連網(wǎng)，依靠 IEEE1588精確定時(shí)協(xié)議獲得整個(gè)儀器系統(tǒng)的全球定時(shí)同步。目的是以簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、高速、實(shí)用的硬件和軟件構(gòu)建新一代的測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)，代替已使用四十年的IEEE488(或稱GPIB)總線。因?yàn)闇y(cè)試測(cè)量?jī)x器業(yè)和最終用戶都具有使用互聯(lián)網(wǎng)的熟練經(jīng)驗(yàn)，對(duì)利用以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)載體并無(wú)異議。但是對(duì)于 IEEE1588協(xié)議的軟件定時(shí)同步存在疑問(wèn)，因?yàn)闇y(cè)試測(cè)量?jī)x器業(yè)通用的 GPIB、VXI、PXI 總線都使用電纜和微帶線的硬線互連方式，獲得準(zhǔn)確的極短的定時(shí)同步和延時(shí)。

USB總線

USB(通用串行總線)作為PC機(jī)的外設(shè)總線，由于具有串行傳輸、即插即用、可熱插拔、配置方便、線纜和連接器簡(jiǎn)單、兼有直流供電、傳輸率最高 480Mb/s、價(jià)格大眾化等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。測(cè)試測(cè)量?jī)x器的 VXI、PXI總線都是借助電腦的通用外設(shè)總線擴(kuò)展而成，因?yàn)檫@類總線應(yīng)用面廣、性能價(jià)格比高，擴(kuò)大到儀器應(yīng)用具有事半功倍的效益。VXI、PXI 總線的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)由模塊儀器組成的通信網(wǎng)絡(luò)，它們用于單臺(tái)儀器并不具有優(yōu)勢(shì)。在單臺(tái)測(cè)試儀器中，USB 已被供應(yīng)商和用戶認(rèn)可，將 PC外設(shè)總線直接用作儀器總線。USB總線特性還在提高，一是無(wú)線 USB(WUSB)標(biāo)準(zhǔn)己經(jīng)通過(guò)，將可實(shí)現(xiàn)無(wú)線纜的儀器互連;二是 USB的供電電流將從100 mA 提高到2 A，便于更大功耗儀器的供電;三是再提高傳輸率，加快存儲(chǔ)媒體的數(shù)據(jù)交換能力。顯然，USB總線儀器將在中、小測(cè)試測(cè)量?jī)x器中擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

AXIe總線

2009年11月，安捷倫科技有限公司、艾法斯公司和 Test Evolution 公司聯(lián)合成立 AXIe 聯(lián)盟，并于2010年 6月發(fā)布了 AXIe 1.0基礎(chǔ)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)和 AXIe 3.1半導(dǎo)體測(cè)試擴(kuò)展技術(shù)。關(guān)于AXIe總線，另文詳細(xì)介紹。

發(fā)展趨勢(shì)

近日，安捷倫公司高調(diào)宣布將全面進(jìn)軍模塊化領(lǐng)域，并且一次性推出48款模塊化產(chǎn)品，其中包含3種全新的基于AXIe總線的產(chǎn)品及45種PXI總線產(chǎn)品。安捷倫的加入，無(wú)疑對(duì)模塊化測(cè)試市場(chǎng)帶來(lái)相當(dāng)大的沖擊，一方面將大幅加快模塊化產(chǎn)品在市場(chǎng)上的推廣力度，另一方面則是對(duì)現(xiàn)有眾多模塊化市場(chǎng)的廠商形成巨大的威脅。不管如何，安捷倫的加入從一個(gè)側(cè)面也說(shuō)明了模塊化已經(jīng)成為測(cè)試技術(shù)未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)，而模塊化技術(shù)的核心就是高速、可靠和功能強(qiáng)大的各種總線技術(shù)。

任何一種總線都有其在行業(yè)內(nèi)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，沒(méi)有一種總線會(huì)完美到可以取代其它任何的總線。因此，未來(lái)的總線市場(chǎng)不會(huì)是單純的誰(shuí)取代誰(shuí)。即使號(hào)稱兼容PXI和LXI兩大總線的AXIe總線，安捷倫也并不期望它能一統(tǒng)江湖。因應(yīng)技術(shù)的需要，現(xiàn)在的測(cè)試儀器和系統(tǒng)經(jīng)常會(huì)采用支持多種總線，以發(fā)揮各自總線的優(yōu)勢(shì)，特別是在日益復(fù)雜的合成儀器(SI)系統(tǒng)中更是如此。從工程師的角度來(lái)看，當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，往往需要平衡多方面的因素?，F(xiàn)在的產(chǎn)品變得越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)混合信號(hào)測(cè)試的要求也就越來(lái)越高，這樣就需要利用不同總線測(cè)試平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，搭建一個(gè)混合的測(cè)試系統(tǒng)來(lái)滿足測(cè)試的需求。