要點

　　 - 儀器與控制器通信以及彼此間通信的能力可追溯到上世紀60年代末，當時HP公司發(fā)明了HP接口總線(HP-IB),，被制定為IEEE-488標準,，并起了一個名字——通用接口總線(GPIB),。
　　 - PXI標準和LXI標準正在克服HP-IB和GPIB的種種局限性。
　　 - 在PXI方面,，模塊天生就同步,，只須把它們放在同一機箱中即可。
　　 - LXI產(chǎn)品涵蓋了高性能測試系統(tǒng)的構(gòu)建工作所需的所有主要產(chǎn)品類別,，并且在儀器能力方面沒有缺憾,。
　　 - 最終，多種儀器規(guī)格都會有發(fā)展空間,。

　　當人們在為通信和其它先進應(yīng)用設(shè)計復(fù)雜的器件和系統(tǒng)時,，他們經(jīng)常需要用一些能夠互相通信的儀器來做測量。例如,，人們也許需要把信號源和分析儀同步,，來評估某種原型，或者需要執(zhí)行自動化測量,，來收集大量特征描述數(shù)據(jù),。

　　儀器早已能和控制器通信并且互相通信，來為這類應(yīng)用服務(wù),。這種能力可追溯到上世紀60年代末,，當時HP公司發(fā)明了HP接口總線(HP-IB),，被制定為IEEE-488標準,，并起了一個與廠商無關(guān)的名字——通用接口總線(GPIB)。很多儀器早已配備以電腦為中心的通用接口,，比如RS-232,、USB等等。但這些接口都有局限性,。GPIB電纜又粗大又貴,，并且數(shù)據(jù)速率有限。USB電纜無處不在,，也很便宜,，但接口不具備針對儀器的特性，而且把通信局限于單臺電腦附近的幾部儀器,。

　　LXI標準和PXI標準正在克服這些局限性,。這些標準各自的支持者們分別以LXI聯(lián)盟和PXI系統(tǒng)聯(lián)盟為代表，在夏秋兩季的行業(yè)活動期間,，他們大力宣傳各自標準的特性和好處,。人們可以使用符合其中某種標準的儀器或是混合系統(tǒng)，來為自己的實驗室?guī)碜詣踊瘻y試能力,。幾家廠商表示：不存在某種單一的儀器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)來用于所有應(yīng)用,，他們在同時支持兩種標準,，或至少是在研究這些標準（表1中的突出顯示部分）。

　　如果人們正在從事微波領(lǐng)域的工作,，他們將需要LXI系統(tǒng)或者配備LXI微波儀器的混合系統(tǒng),。在PXI規(guī)格方面，Phase Matrix公司提供26.5GHz PXI-1420下變頻器,，而Pickering Interfaces公司則提供PXI微波開關(guān),。Aeroflex公司和National Instruments公司的通用PXI射頻信號源和接收器分別達到最高6GHz和6.6GHz。PXI射頻模塊制造商并不打算增加帶寬,，而是以支持新興技術(shù)為目標,。例如，Aeroflex公司最近宣布了其PXI系統(tǒng)的新型LTE測量能力,。相比之下,，人們能買到的幾乎任何類型的臺式儀器大概都提供符合LXI的版本。例如,， Rohde & Schwarz公司剛剛推出了它的R&S ZVA67,，這是一種10MHz至67GHz矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。該儀器符合LXI C類,。

　　另外,，如果人們需要某種遠程訪問形式，或者必須覆蓋長距離,，那么事實能夠證明LXI是首選技術(shù),。例如，如果人們需要對雷達工作距離開展測試,，其中的信號源和接收器相隔數(shù)百米,，那么LXI系統(tǒng)就能輕松完成在別的方式下不切實際的測量（參考文獻1）。

　　另一方面,，PXI提供了一種方式來輕松配置某個儀器系統(tǒng),，無須處理LAN問題，也無須IT部門參與,。PXI天生就在背板上的儀器之間提供時鐘同步,，LXI B和C類儀器具有這種能力，但較常見的C類版本不具備這種能力,，特別是在射頻與微波范圍內(nèi),。而且，PXI系統(tǒng)可以用很高的速率來輸送數(shù)據(jù),，執(zhí)行儀器外的存儲與分析,。

　　推動LXI

　　Agilent Technologies公司的Von Campbell是LXI聯(lián)盟的主席，他于去年9月16日在Autotestcon大會上說：“目前，1211種產(chǎn)品獲得了LXI認證,，比12個月以前增加了大約50%,。”他說，在同一時期,，配備LXI連接的儀器家族從64種增加到了140種,，有24家會員公司擁有符合LXI的產(chǎn)品。他指出：LXI涵蓋了高性能測試系統(tǒng)的構(gòu)建工作所需的所有主要產(chǎn)品類別,，并且在儀器能力方面沒有缺憾,。

　　與Campbell一起在Autotestcon大會上發(fā)表關(guān)于LXI講話的還有The Mathworks公司Matlab與Simulink測試與測量產(chǎn)品經(jīng)理Rob Purser，Pickering Interfaces公司銷售與營銷經(jīng)理Bob Stasonis,，Agilent Technologies公司資深營銷工程師Chris Van Woerkom,，VTI Instruments公司業(yè)務(wù)開發(fā)副總裁Tom Sarfi。

　　Purser指出,，LXI“充分利用電信浪潮”來為測試系統(tǒng)降低互連成本并確保長期穩(wěn)定性,。他說以太網(wǎng)具有30年的演變歷史，并一直保持著兼容性,。多數(shù)LXI實施工作都不需要特殊硬件,，但Purser告誡人們不要購買 最便宜的以太網(wǎng)電纜來用于各自的儀器系統(tǒng)。他說LXI補充了當前的技術(shù),，使人們可以用LXI來配合GPIB,、PXI或VXI系統(tǒng)。

　　Purser說,，盡管以太網(wǎng)有這些能力,，但僅有它是不夠的。如果僅使用以太網(wǎng)（許多儀器的確具有以太網(wǎng)接口）,，那么人們將需要一種方式來配置數(shù)百個LAN選項,，來發(fā)現(xiàn)儀器，來把測試與測量軟件連接到儀器,，來協(xié)調(diào)各項測量活動。他說LXI提供了一種標準的默認LAN配置,，來處理人們在把儀器連接到LAN時必須處理的所有細節(jié),。為了表明設(shè)置LXI系統(tǒng)可以有多容易，Purser在The MathWorks公司的Autotestcon展位演示了一種信道測試設(shè)置,，它包含Agilent公司和Tektronix公司的儀器,，它們與運行The MathWorks公司Matlab軟件的PC共同工作。

　　Agilent公司的Van Woerkom 詳細介紹了LXI的能力,，說它為測試系統(tǒng)提供了一套協(xié)調(diào)的LAN通信服務(wù),，為儀器支持LAN發(fā)現(xiàn)功能，為儀器定義了標準的網(wǎng)頁，規(guī)定了可互換虛擬儀器(IVI)驅(qū)動程序,，要求為達標產(chǎn)品開展互操作性測試,，并為觸發(fā)與同步提供了擴展特性。

　　與IT部門打交道

　　如果人們與各自的IT部門打過交道,，他們也許會認為LAN連接是問題,，而不是特性。在Autotestcon上發(fā)表講話時,，Pickering Interfaces公司的Stasonis介紹了在把儀器連接到公司的網(wǎng)絡(luò)時,，如何避免意想不到的困難。他還在如何與防火墻和IT部門打交道方面提供了一些建議,， 他說IT部門關(guān)心正常運行時間和安全問題,，這可以理解。

　　Van Woerkom說,，如果自動化測試系統(tǒng)要求不高,，那么某種不會令I(lǐng)T部門不安的配置也許會獲得通過。他介紹了一種系統(tǒng),，其中的PC,、路由器以及符合LXI的儀器位于一個孤立的子網(wǎng)中（圖1）。人們可以讓路由器利用DHCP協(xié)議來配置儀器,，但如果人工分配IP地址和別名,，則可避免與地址再分配相關(guān)的問題，并簡化編程,。他說：“程序喜歡固定的地址,。”

　　圖1，Agilent Technologies公司的Chris Van Woerkom說,，人們可以買一部路由器來把PC和LXI儀器連接到公司網(wǎng)絡(luò)中,，并且不會使IT部門感到不安。

　　如果人們必須與校園各處或全球各地的儀器通信,，或者如果他們希望提供實驗室儀器的遠程訪問,，那么IT的參與就很關(guān)鍵。據(jù)Stasonis說,，人們將需要確定所需IP地址的數(shù)量,， 定義一個等待時間最短且發(fā)現(xiàn)功能簡便的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，并且描述與帶寬相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)通信量以及將使用的服務(wù)和協(xié)議,。另外他還說,，你將需要決定在何處把測試結(jié)果存檔，以及如何處理系統(tǒng)更新，例如病毒防護的系統(tǒng)更新,。

　　在結(jié)束Autotestcon的講話時,，VTI Instruments公司的Sarfi概括了A、B,、C類的儀器特征,。C類是基本配置，確保與其它LXI C類儀器的互操作性,。多數(shù)符合LXI的射頻和微波儀器屬于C類,，但是VTI公司制造的是符合A類的微波開關(guān)。B類儀器實施IEEE 1588標準,，以便在儀器之間提供同步,，各儀器都包含自己的時鐘，其速率與鄰近儀器略有不同,。Sarfi說,，B類系統(tǒng)包含一個計時主設(shè)備和幾個從設(shè)備，利用時間戳來使時間差保持在數(shù)十納秒范圍內(nèi),。他最后描述了A類儀器,，它們包含一條8道M-LVDS總線來支持硬件速度下的精確異步握手，誤差限于傳播延時,。

　　LXI儀器在微波領(lǐng)域得到廣泛運用,。其中一個例子就是Rohde & Schwarz公司最近推出的R&S ZVA67，這是一種符合LXI C類的10 MHz至67 GHz矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,。該儀器在67 GHz的動態(tài)范圍是110 dB,，可用于研發(fā)以及生產(chǎn)應(yīng)用。

　　在Autotestcon,，The Mathworks公司演示了如何利用Matlab軟件以及Agilent公司和Tektronix公司符合LXI的儀器來測試電纜阻抗特征。

　　NI公司提供PXI硬件和軟件定義儀器測試能力來促成多標準通信設(shè)備的測試,，其中包括對GPS,、藍牙、Wi-Fi,、WiMax的支持,。

　　從臺面到PXI

　　如果把所有儀器都插到一塊背板中，就無需IEEE 1588同步或單獨的硬件總線,。National Instruments公司(NI)射頻與通信產(chǎn)品營銷工程師David Hall說：“假設(shè)你想同步兩臺數(shù)字化儀。舊的示波器方法是連接背部的一些電纜,。利用PXI方法,，你只須說‘使用PXI一號觸發(fā)線’，一切都搞定。從時序和同步角度看,，所有使用一條共同數(shù)字總線的模塊有一些天生的優(yōu)勢,。” Hall詳細說明了PXI對通信系統(tǒng)設(shè)計的好處，特別是對于涉及MIMO無線電的測量,。如果利用傳統(tǒng)儀器,，他說：“執(zhí)行這些測量的方式就是買兩臺矢量信號分析儀，連接后部的電纜,， 并希望 本地振蕩器(LO)是同步的,。在PXI方法中，模塊天生就同步,，你只須把它們放在同一個機箱里,。”

　　Hall引用了另一個通信例子。美國導(dǎo)航學(xué)會(ION)于去年9月22日至25日在佐治亞州薩瓦納召開了2009年ION全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)會議,，與會者試圖構(gòu)建更好的GPS接收器,。Hall說，他們把PXI系統(tǒng)拿到野外,，從空中獲得了原始的衛(wèi)星信號,。他解釋說，PXI背板既是命令總線也是數(shù)據(jù)總線,，并且PXI Express能實時輸送獲得的I/Q樣本,，直到占滿硬盤。人們?nèi)缓罂衫么鎯Φ臉颖緛磉\用和優(yōu)化接收器原型,。

　　為了強調(diào)NI公司的承諾——確保PXI硬件能與該公司的LabView共同服務(wù)于通信應(yīng)用,，該公司院士Mike Santori于去年8月5日在NIWeek大會發(fā)表講話時說，NI公司成立了一個由通信專家組成的內(nèi)部研發(fā)團隊,。為了使公司的硬件和軟件的研制符合其預(yù)定計劃,，團隊成員們開發(fā)了一種LTE基站仿真器。

　　團隊成員Ian Wong是NI公司資深射頻通信軟件工程師,，在化解通信設(shè)計難題方面為團隊帶來了學(xué)術(shù)與行業(yè)經(jīng)驗,。Wong為NIWeek與會者們介紹了LTE帶來的挑戰(zhàn)（參考文獻2）。他說,，當LTE在今年推廣時,，將支持300 Mbps數(shù)據(jù)速率，而如今常用的EDGE技術(shù)僅為500 kbps,。LTE基站將每秒執(zhí)行20萬次2048點快速傅里葉變換(FFT),，并將包含300 Mbps Turbo碼解碼器，它們共同帶來了每秒數(shù)萬億次運算性能,。Wong所在的團隊利用一種PXI Express系統(tǒng)構(gòu)建了這種基站仿真器,，該系統(tǒng)包含實時雙核控制器,，后者與一塊PXI中頻收發(fā)FPGA板通信，而這塊板又為LTE基站發(fā)射器執(zhí)行物理層處理,。一個PXI射頻上變頻器把輸出提供給被測器件,。來自該器件的信號被輸送到射頻下變頻器，然后到達中頻收發(fā)FPGA板,。

　　使用習(xí)慣

　　如果你是一名臺式儀器用戶,，從事某個LXI和PXI都適合的應(yīng)用，那么在轉(zhuǎn)向自動化時,，你對平臺的選擇可以圍繞你的經(jīng)驗,、舒適水平和年齡來展開。NI公司的Hall說,，他在大學(xué)時學(xué)會了使用示波器,，要點就是由儀器為他提供診斷信息，使他能做出決定,。隨著PC在測試應(yīng)用中的廣泛使用,，把測量信息存入PC，并用PC來控制儀器和輔助決策,，就成了一件重要任務(wù),。他說，雖然LXI和GPIB使臺式儀器自動化成為可能,，但這并不是最初開發(fā)這些儀器時為它們安排的基本用途,。

　　Hall承認，用戶喜歡旋鈕和按鈕的感覺,，并且首次接觸儀器自動化的用戶可能會發(fā)現(xiàn)編程想法很嚇人,。他在大學(xué)讀的是電腦工程，但仍然發(fā)現(xiàn)C語言編程任務(wù)有些難,。他說,，圖形方式的LabView語言簡化了這項任務(wù)，并且該公司提供許多樣本程序來幫助新用戶入門,。

　　ZTec Instruments公司制造包括PXI和LXI規(guī)格在內(nèi)的數(shù)字化儀,，公司總裁Christopher Ziomek說，作為一名工程師,，如果他想在實驗室中做測量,，那么他會自然傾向于拿一臺Tektronix示波器來用。他指出了一些實際的考慮事項,。例如,，如果你想在給被測的PXI示波器做上電循環(huán)的同時做測量，那么你將需要兩個PXI機箱,，一個用于被測的示波器,，一個用于測試設(shè)備,。盡管Ztec公司開發(fā)了Zscope軟件,，可在電腦屏幕上模仿傳統(tǒng)示波器的前部面板,，但Ziomek說：“我用有旋鈕的裝置時覺得更舒服。”

　　Ziomek還說,，Ztec公司那些更年輕的工程師們覺得模塊式規(guī)格用起來更舒服,，并且很喜歡在平板PC上運行Zscope。模塊式儀器還能提高工作效率,。憑借PXI或LXI儀器和電腦接口,，工程師們更有可能實現(xiàn)測量自動化，而如果受限于傳統(tǒng)的臺式儀器,，他們就必須人工多次重復(fù)測量,。

　　最終，多種儀器規(guī)格都會有發(fā)展空間,，廠商們對此將會加以利用,。例如，Tektronix公司（Ziomek喜歡用該公司制造的傳統(tǒng)工程示波器來做實驗室工作）在NIWeek大會上說,，它正在與NI公司合作開發(fā)一種10Gsps的3GHz PXI數(shù)字化儀,。Tektronix公司首席技術(shù)官Craig Overhage表示，公司已在研究如何把它的高帶寬高采樣率示波器技術(shù)帶給那些偏愛模塊式儀器體系結(jié)構(gòu)的客戶,。Overhage說,，他認為PXI示波器和傳統(tǒng)示波器有不同的用途，并且預(yù)計新型PXI示波器（NI公司將負責(zé)營銷）的推出不會影響該公司那些受歡迎的傳統(tǒng)儀器的銷售,。

　　參考文獻

　　1. Nelson, Rick, “LXI speeds gigahertz measurements,” Test & Measurement World, November 2007, pg 49.

　　2. “Prototyping Complex Communications Systems,” National Instr uments, NIWeek video, Aug 12, 2009.