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总线仪器测试仪器总线技术日趋完美且不可取代

对于任何一个可以与系统级测试挂上勾的仪器而言,总线是一个必不可少的单元,在测试设备及系统中承载着数据传输和控制等的重要功能。测试测量仪器业从1960年代制定第一个仪器总线标准GPIB,大约每10年增添一种新的仪器总线,相继推出VXI、PXI和LXI,近年来还有从PC外设总线直接移植作为仪器总线的USB。总线技术的盛行,让仪器从此告别了各自为战,使测试系统和灵活测试系统搭建成为可能,极大提升了电子测试的效率及应用领域。

几种现有总线

GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus)总线

GPIB在70年代由惠普提出,然后批准成为IEEE488标准,成为业界接受的第一个程控通用仪器总线。用GPIB总线最多可同时连接14台设备。线缆长度最大为2米。由于历史悠久,GPIB具有最广泛的软硬件支持。几乎所有的独立仪器都配有GPIB接口。GPIB测量系统的结构和命令简单,有专为仪器控制所设计的接口信号和接插件,具有突出的坚固性和可靠性。GPIB适合自动化现有的测试设备、混合测控系统和特殊要求的专用仪器的系统,缺点是无法提供多台仪器同步和触发的功能,在传输大量数据时带宽不足。由于历史悠久,GPIB总线现在依然活跃在市场上。

VXI(VMEbuseXtensionsforInstrumentation)总线

1987年VXI总线联盟(VXIbus

Consortium)成立,VXI总线规范于1992年9月17日被IEEE标准局批准为IEEE-1155-1992标准。VXI总线的出现,将高级测量与测试应用设备带入模块化领域,它拥有稳定的电源、强有力的冷却能力和严格的RFI/EMI屏蔽。具有结构紧凑、数据吞吐能力强(最新的3.0版规范总线带宽提高到160Mbit/s)、定时和同步精确等特点,适用于组建大、中规模的自动测量系统和对速度、精度要求高的应用场合。单个VXI卡箱最多可扩展到13个槽位。VXI现在主要用于大型的ATE系统、航空、航天等国防军工领域。

PXI总线

NI公司为首的PXISA(PXI系统联盟)成立于1997年9月,在PXISA诞生的同时,公布了PXI总线标准1.0版本和演示第一台简单配置的PXI仪器。目前PXI已经广为接受,并且以年均20%的速度快速成长,俨然成为总线技术的未来领军者。关于PXI总线的详细内容,另文将详细介绍。

LXI总线

2004年9月成立的以安捷伦公司为首的LXI总线联合体,2005年发布LXI标准1.0版本,并推出第一批LXI模块。LXI总线的基础设施是以太网,通过高速以太网实现仪器系统从局域至广域的全球连网,依靠IEEE1588精确定时协议获得整个仪器系统的全球定时同步。目的是以简单、经济、高速、实用的硬件和软件构建新一代的测试测量系统,代替已使用四十年的IEEE488(或称GPIB)总线。因为测试测量仪器业和最终用户都具有使用互联网的熟练经验,对利用以太网作为网络载体并无异议。

但是对于IEEE1588协议的软件定时同步存在疑问,因为测试测量仪器业通用的GPIB、VXI、PXI总线都使用电缆和微带线的硬线互连方式,获得准确的极短的定时同步和延时。

USB总线

USB(通用串行总线)作为PC机的外设总线,由于具有串行传输、即插即用、可热插拔、配置方便、线缆和连接器简单、兼有直流供电、传输率最高480Mb/s、价格大众化等优点而被广泛使用。测试测量仪器的VXI、PXI总线都是借助电脑的通用外设总线扩展而成,因为这类总线应用面广、性能价格比高,扩大到仪器应用具有事半功倍的效益。VXI、PXI总线的目标是实现由模块仪器组成的通信网络,它们用于单台仪器并不具有优势。在单台测试仪器中,USB已被供应商和用户认可,将PC外设总线直接用作仪器总线。USB总线特性还在提高,一是无线USB(WUSB)标准己经通过,将可实现无线缆的仪器互连;二是USB的供电电流将从100mA提高到2A,便于更大功耗仪器的供电;三是再提高传输率,加快存储媒体的数据交换能力。显然,USB总线仪器将在中、小测试测量仪器中扩大应用范围。

AXIe总线

2009年11月,安捷伦科技有限公司、艾法斯公司和TestEvolution公司联合成立AXIe联盟,并于2010年6月发布了AXIe1.0基础体系结构标准和AXIe3.1半导体测试扩展技术。关于AXIe总线,另文详细介绍。

发展趋势

近日,安捷伦公司高调宣布将全面进军模块化领域,并且一次性推出48款模块化产品,其中包含3种全新的基于AXIe总线的产品及45种PXI总线产品。安捷伦的加入,无疑对模块化测试市场带来相当大的冲击,一方面将大幅加快模块化产品在市场上的推广力度,另一方面则是对现有众多模块化市场的厂商形成巨大的威胁。不管如何,安捷伦的加入从一个侧面也说明了模块化已经成为测试技术未来发展的重要趋势,而模块化技术的核心就是高速、可靠和功能强大的各种总线技术。

任何一种总线都有其在行业内独特的优势,没有一种总线会完美到可以取代其它任何的总线。因此,未来的总线市场不会是单纯的谁取代谁。即使号称兼容PXI和LXI两大总线的AXIe总线,安捷伦也并不期望它能一统江湖。因应技术的需要,现在的测试仪器和系统经常会采用支持多种总线,以发挥各自总线的优势,特别是在日益复杂的合成仪器(SI)系统中更是如此。从工程师的角度来看,当设计一个测试系统时,往往需要平衡多方面的因素。现在的产品变得越来越复杂,对混合信号测试的要求也就越来越高,这样就需要利用不同总线测试平台的优势,搭建一个混合的测试系统来满足测试的需求。

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