測量技術(shù)的發(fā)展史
發(fā)布日期:2012-08-10 蘭生客服中心 瀏覽:3668
對(duì)于當(dāng)今的電子工業(yè)而言,從組件到系統(tǒng)、設(shè)計(jì)到生產(chǎn),量測工作皆是不可或缺的一環(huán)。工廠必須借助量測獲知產(chǎn)品效能,作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的參考依據(jù);在生產(chǎn)過程中,往往需要量測設(shè)備把握廠房的命脈;而量測效率往往也與生產(chǎn)效率關(guān)系甚密,成為決定市場競爭力消長的關(guān)鍵因素。
因?yàn)榱繙y技術(shù)的重要所在,其成熟與發(fā)展過程中的每一步無不吸引著業(yè)界關(guān)注的目光。從上世紀(jì)70年代以來,量測技術(shù)經(jīng)歷了從GPIB到PXI的變革,而近年來國內(nèi)廠商在PXI技術(shù)上的迅速發(fā)展壯大,更是值得國內(nèi)量測用戶欣喜的事情。
GPIB——VI量測的先行者
早在70年代,為了讓計(jì)算機(jī)控制許多獨(dú)立的量測儀器,IEEE定義了一套高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議——488.1/488.2。對(duì)于基于計(jì)算機(jī)的數(shù)字化測量測試儀器,人們將其稱為虛擬儀器(VI)。GPIB技術(shù)就是IEEE488標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段,它的出現(xiàn)使電子測量從獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測試系統(tǒng)發(fā)展。典型的GPIB系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)、一塊GPIB接口卡和若干臺(tái)BPIB形式的儀器通過GPIB電纜連接而成,使用共同的字串語法控制儀器(488.2或SCPI)。在標(biāo)準(zhǔn)情況下,一塊GPIB接口可帶多達(dá)14臺(tái)儀器,電纜長度可達(dá)40米。GPIB技術(shù)可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的操作和控制,替代傳統(tǒng)的人工操作方式,可以很方便地把多臺(tái)儀器組合起來,形成自動(dòng)測量系統(tǒng)。
GPIB測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡單,有專為儀器控制所設(shè)計(jì)的接口信號(hào)和牢固的接插件,加之幾乎所有獨(dú)立儀器都有GPIB接口,因而體現(xiàn)出其簡單性和便利性的優(yōu)勢所在。但是GPIB的缺點(diǎn)也是顯而易見的——無法提供多臺(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。因此,GPIB主要應(yīng)用于臺(tái)式儀器,適合于精確度要求高的,但不要求對(duì)計(jì)算機(jī)高速傳輸狀況時(shí)應(yīng)用。因此,對(duì)于更高要求的量測應(yīng)用,便需要技術(shù)方面的進(jìn)一步革新,VXI總線技術(shù)就是在這樣的背景下出現(xiàn)的。
VXI——量測標(biāo)準(zhǔn)的開放品
在GPIB之后出現(xiàn)的VXI總線技術(shù)是VME總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展(VXI即VMEbuseXtensionsforInstrumentation的縮寫)。1981年10月,Motorola 、Mostek和Signetics宣布它們共同支持基于VERSAbus和Eurocard模塊尺寸的系列板卡,這就是著名的VMEbus。1987年,VMEbus被IEEE正式接受為萬用背板總線(Versatile Backplane Bus)標(biāo)準(zhǔn)——VMEbus(ANSI/IEEE 1014-1987)。
由于VME畢竟不是面向儀器的總線標(biāo)準(zhǔn),來自ColoradoDataSystem、Hewlett Packard、 Racal Dana、 Tektronix和Wavetek等5家儀器公司的技術(shù)代表于1987年6月宣布成立了一個(gè)技術(shù)委員會(huì)。同年7月,該委員會(huì)(即后來的VXI總線聯(lián)合體)發(fā)布了VXIbus規(guī)范的第1個(gè)版本,幾經(jīng)修改和完善,于1993年9月20日出版發(fā)行。VXI總線標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷史如下表所示。
VXIbus標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展史
VXI總線具有穩(wěn)定的電源,強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的RFI/EMI屏蔽。它具有標(biāo)準(zhǔn)開放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)(高達(dá)40MB/s的帶寬是GPIB的40倍)、定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用,以及受到眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn),很快就得到廣泛的應(yīng)用。由于是前插拔、模塊化的儀器,VXI系統(tǒng)的組建和使用變得很方便,尤其是組建大、中規(guī)模的自動(dòng)測量系統(tǒng)時(shí);VXI也適合于對(duì)速度、精度要求高的場合,因此主要用于軍事、航空航天和ATE等領(lǐng)域的量測平臺(tái)。
雖然時(shí)至今日VXI總線的儀器和系統(tǒng)已被普遍接受,但是因?yàn)榻M建VXI總線要求有機(jī)箱、零槽管理器及嵌入式控制器,造價(jià)高昂;加之40MB/s的帶寬對(duì)于現(xiàn)今的高速量測裝置仍嫌不足,人們又對(duì)量測技術(shù)提出了更高的要求。在PCI總線成為主流的今天,PXI技術(shù)順應(yīng)而生。
PXI——量測技術(shù)的生力軍
PXI是PCIeXtensionsfor Instrumentation 的縮寫。直觀地說,CompactPCI + Extensions for Instrumentation = PXI。對(duì)于PXI的發(fā)展,首先要提到制訂并推廣PXI規(guī)格的組織——PXISA (PXI System Alliance)。PXISA于1997年成立,同年推出了1.0版的PXI規(guī)格。隨著PXISA的接受度提高,以及PXI標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善,PXI的規(guī)格和相關(guān)產(chǎn)品也逐漸走向了標(biāo)準(zhǔn)化的道路。1998年,PXI被定為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),PXI開始快速而穩(wěn)健地發(fā)展。2000年時(shí),PXISA又推出了PXI 2.0版,并于2003年2月將規(guī)格更新至2.1版。
為更適于工業(yè)應(yīng)用,PXI總線方式為PCI總線內(nèi)核技術(shù)增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求,增加了多板同步觸發(fā)總線的技術(shù)規(guī)范,以便使用于相鄰模塊的高速通訊局總線。PXI還具有高度的可擴(kuò)展性:PXI具有8個(gè)擴(kuò)展槽,通過使用PCI-PCI橋接器,可擴(kuò)展到256個(gè)擴(kuò)展槽,而臺(tái)式PCI系統(tǒng)只有3~4個(gè)擴(kuò)展槽,臺(tái)式PC的性能價(jià)格比和PCI總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢結(jié)合起來,便形成了出色的虛擬儀器平臺(tái)。
PXI的規(guī)格區(qū)分為硬件與軟件兩個(gè)部分。其中硬件部分是基于CompactPCI的規(guī)格,也就是PICMG2.0,建構(gòu)于CompactPCI的機(jī)構(gòu)規(guī)格與PCI的電氣規(guī)格之上,加上儀器上所需要的電氣信號(hào)延伸,即是所謂PXI的規(guī)格。所以,PXI的數(shù)據(jù)傳輸速率的峰值在33MHz、32 bit的總線上,可達(dá)132MB/s;在66 MHz、64 bit的總線上更可高達(dá)528MB/s,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于GPIB與VXI接口的傳輸速率。PXI 背板上的每一個(gè)擴(kuò)充槽,都有專用的10 MHz參考時(shí)脈,而時(shí)脈偏斜的精確度必須小于1ns。這樣高的精確度使其可作為各擴(kuò)充槽的基礎(chǔ)時(shí)脈,來達(dá)到同步的效果。
與其他的總線規(guī)格相比,PXI于軟件上對(duì)系統(tǒng)控制模塊與周邊模塊作了規(guī)范。例如:PXI周邊模塊的廠商,必須提供可使用于MicrosoftWindows上的驅(qū)動(dòng)程序,而PXI控制模塊則必須基于80x86架構(gòu),并可支持MicrosoftWindows。隨著各式操作系統(tǒng)的接受度提高,未來將可能加入PXI軟件的規(guī)格制訂。除了對(duì)軟件架構(gòu)上的規(guī)范外,PXI也制訂了硬件描述檔案的規(guī)格,系統(tǒng)操作人員可以利用這些檔案,透過軟件管理PXI系統(tǒng)上的模塊。
PXI的儀器延伸信號(hào),提供了各PXI模塊之間的一個(gè)硬件的管道,不需經(jīng)過軟件的監(jiān)督,PXI的模塊可實(shí)時(shí)地在此管道上利用硬件的信號(hào)互相溝通。如此可以減低CPU的負(fù)擔(dān),并加速軟件程序的執(zhí)行。并且基于x86架構(gòu)與廣泛采用的Windows,可以有效降低PXI產(chǎn)品的學(xué)習(xí)曲線與購入成本。
多重的PXI模塊選擇,搭配不同機(jī)箱,使得PXI可以符合各種應(yīng)用需求,并且易于維護(hù)。如此豐富的產(chǎn)品使得PXI目前已在汽車測試、半導(dǎo)體測試、功能性測試、航空設(shè)備測試以及軍事等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
隨著PXISA的接受度提高,以及全球眾多廠商的加入,PXI已不會(huì)讓客戶有被單一廠商綁住規(guī)格的憂慮,且市場上有超過600種不同的PXI模塊問世。根據(jù)FrostandSullivan的估計(jì),在國際上,PXI市場于2003~2005年的成長率分別為37%、28%、23%,成長率遠(yuǎn)超過PC或工業(yè)計(jì)算機(jī)量測應(yīng)用的數(shù)字。而在國內(nèi),相關(guān)廠商也開始利用PXI這個(gè)契機(jī)迅速擴(kuò)大市場占有率,其中較為突出的是研祥智能科技股份有限公司。為了適應(yīng)量測科技的發(fā)展需要,為了滿足儀器、儀表開發(fā)商對(duì)開發(fā)板卡的需求,研祥近年來不斷的加大在PXI上的研發(fā)投資力度,現(xiàn)在已有多個(gè)型號(hào)幾十個(gè)產(chǎn)品可供用戶選擇。
可以看到,隨著量測技術(shù)的進(jìn)步和更多廠商的參與,PXI將迎來一個(gè)更加開放也更具效率的量測科技新時(shí)代。
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