Sự khác biệt giữa PXI và LXI khi chuyển mạch trong bài kiểm tra điện tử

2023.11.21

Ứng dụng

Sự khác biệt giữa PXI và LXI khi chuyển mạch trong bài kiểm tra điện tử

Việc chuyển mạch các hệ thống định tuyến thiết bị đo và tín hiệu kích thích đến các điểm kiểm tra thích hợp trên thiết bị đang được kiểm tra (UUT) là rất quan trọng trong hầu hết các hệ thống kiểm tra điện tử tự động. Chia sẻ tài nguyên kiểm tra, kết nối các tham chiếu hiệu chuẩn, quản lý tải và nhiều chức năng khác được quản lý bởi hệ thống chuyển mạch. Hệ thống chuyển mạch là sự giao tiếp giữa thiết bị được kiểm tra (UUT) và thiết bị kiểm tra.

Người dùng có quyền lựa chọn nền tảng nào sẽ được sử dụng để kiểm soát việc chuyển mạch. Đối với Pickering Interfaces, nền tảng chính là PXI và LXI. Trong bài viết này, chúng ta hãy đi sâu vào hai nền tảng này.

Tóm tắt lịch sử

PXI, viết tắt của PCI eXtensions for Instrumentation, là một nền tảng chắc chắn dựa trên PC, cung cấp giải pháp cho các hệ thống đo lường và tự động hóa. Với chuyển mạch PXI, người dùng được hưởng lợi từ chi phí thấp, hiệu suất cao và tính linh hoạt của công nghệ PC mới nhất, cũng như lợi ích của tiêu chuẩn công nghiệp mở. Tiêu chuẩn PXI đã được chứng minh là cơ sở tuyệt vời cho các sản phẩm và thiết bị chuyển mạch có dạng mô-đun. Tốc độ phát triển sản phẩm có thể cao, cho phép cung cấp nhiều giải pháp chuyển mạch tiêu chuẩn và tùy chỉnh để đáp ứng nhu cầu của người dùng.

Tiêu chuẩn PXI đã được thiết lập tốt và được áp dụng rộng rãi trong ngành kiểm thử dưới dạng nền tảng mô-đun ưa thích cho các ứng dụng kiểm tra/thử nghiệm tự động. Mặc dù nó cung cấp sự giao tiếp nhanh, để hỗ trợ các ứng dụng yêu cầu trao đổi khối dữ liệu lớn cần thiết, phục vụ các bài phân tích bởi bộ điều khiển hệ thống, nhưng nó cũng áp đặt các hạn chế về cơ và điện năng trên các mô-đun, đặt ra ranh giới cho các ứng dụng, những điều có thể được giải quyết một cách hiệu quả. Ngoài ra, các kiến trúc sư hệ thống có thể không muốn thiết bị đo đạc hoặc sản phẩm chuyển mạch của họ trở thành phần mở rộng của bus PCI trên PC hoặc có thể không muốn phần chuyển mạch của hệ thống thử nghiệm nằm trong cùng một máy chính với thiết bị đo đạc vì có thể xảy ra nhiễu điện. Họ có thể lựa chọn sự tiện lợi của một giao tiếp truyền thông khác cho các thiết bị của họ. Mặc dù đã thành công rực rỡ nhưng PXI vẫn chưa thay thế vĩnh viễn nhiều dụng cụ trên giá đỡ hoặc để bàn, vốn đòi hỏi nhiều công suất hoặc thiết kế hơn so với nền tảng PXI mang lại.

LAN/Ethernet đã được điều chỉnh thành giao tiếp truyền thông phổ biến nhất cho các thiết bị kiểm tra trên tủ rack hoặc để bàn. Kết nối Ethernet có mặt khắp nơi trên tất cả các bộ điều khiển hệ thống hiện đại. Cáp kết nối được quản lý dễ dàng, có cơ chế chốt và hầu như không có hạn chế về khoảng cách hoặc số lượng thiết bị được hỗ trợ. Tiêu chuẩn công nghiệp để điều khiển thiết bị đo kiểm qua giao tiếp Ethernet là LXI, viết tắt của LAN eXtensions for Instrumentation. Tiêu chuẩn LXI bổ sung các công cụ tuân thủ để triển khai kiểm soát Ethernet theo cách được tiêu chuẩn hóa, loại bỏ những lo ngại về xung đột triển khai trên kết nối Ethernet có thể phát sinh khi triển khai độc quyền. Cũng không có hạn chế nào về nguồn điện hoặc kích thước cơ học của thiết bị có giao tiếp LXI; một thiết bị tuân thủ LXI có thể lớn và tiêu thụ nhiều điện năng tùy theo yêu cầu của ứng dụng mà nó xử lý.

Chuẩn hóa kết nối mạng LAN cho thiết bị đo đạc là một bước tiến đáng kể. Việc áp dụng LXI làm giao tiếp truyền thông cho thiết bị đo đạc đã diễn ra nhanh chóng; Giống như PXI, tiêu chuẩn LXI được thiết lập tốt và ổn định. Các thiết bị LXI tuân theo phiên bản đầu tiên của tiêu chuẩn vẫn hoạt động với các thiết bị tuân theo phiên bản mới nhất.

So sánh tổng quan PXI và LXI

PXI và LXI không phải là các tiêu chuẩn cạnh tranh - tuy nhiên, trong một số ứng dụng, chúng sẽ có những đặc điểm tương tự nhau. Ở những nền tảng khác, có sự khác biệt rõ ràng - và điều đó có thể có nghĩa là nền tảng này phù hợp hơn nền tảng khác. Ngành kiểm tra và đo lường xem PXI là nền tảng mô-đun và LXI là giao tiếp truyền thông cho các thiết bị dạng tủ rack/hộp. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng vì tiêu chuẩn LXI không tập trung vào định nghĩa cơ học chung nên nó cho phép triển khai theo mô-đun. Các thiết bị mô-đun LXI thường là độc quyền, không giống như PXI, nơi các định nghĩa về cơ/điện nghiêm ngặt dẫn đến khả năng tương tác giữa nhiều nhà cung cấp.

Trong khi LXI có thể hỗ trợ tốc độ truyền khối 1 Gbps, thì việc triển khai PXI (PXI Express) có thể hỗ trợ tốc độ truyền lên đến 24 GB/s. Các kỹ sư hệ thống, những người cần phát triển các thuật toán xử lý dữ liệu phức tạp trong một ứng dụng trên PC chủ, đã và đang đánh giá cao tốc độ mà giao tiếp PXI có thể truyền dữ liệu từ thiết bị đến bộ điều khiển. Công cụ LXI sẽ truyền các khối dữ liệu đến bộ điều khiển máy chủ hoặc thực hiện xử lý dữ liệu trong chính công cụ đó. Bởi vì LXI dựa trên mạng LAN nên nó cũng phù hợp lý tưởng cho các ứng dụng phân tán trong đó dữ liệu được truyền giữa nhiều thiết bị cách nhau một khoảng cách đáng kể.

Như đã đề cập trước đó, mục tiêu cơ bản của tiêu chuẩn PXI là cho phép các sản phẩm từ các nhà cung cấp khác nhau cùng tồn tại trong một máy chính. Mặt khác, nó không đáp ứng được kỳ vọng của thị trường và các mục tiêu nêu trong tiêu chuẩn. Điều đó có nghĩa là một máy chính và thực tế là cơ sở hạ tầng phần mềm phải hoạt động với nhiều loại mô-đun khác nhau (thiết bị đo đạc hoặc chuyển mạch) trong cùng một máy chính. Thiết kế máy chính phải đáp ứng mọi mong đợi của nhà cung cấp PXI, đòi hỏi các yêu cầu tối thiểu được xác định trong tiêu chuẩn PXI.

Lựa chọn máy chính

Máy chính PXI có thể phức tạp do tiêu chuẩn PXI đã phát triển thành hai kiểu giao tiếp điều khiển trên bảng nối đa năng riêng biệt - PCI và PCIe. PCI là cấu trúc bus song song và PCIe được chuyển mạch nối tiếp. Máy chính PXI cung cấp các khe hỗ trợ các mô-đun có giao tiếp PCI bus trong khi máy chính PXI Express (PXIe) có thể cung cấp các khe dành riêng cho các mô-đun dựa trên PCIe, hỗ trợ cho cả mô-đun dựa trên PCIe và PCI (được gọi là các khe 'hybrid') và các khe cắm chỉ dựa trên PCI. Vì hầu hết các sản phẩm PXI trên thị trường hiện nay đều có giao tiếp PCI-bus nên nhiều kỹ sư hệ thống chọn máy chính có cung cấp số lượng khe kết hợp tối đa để họ có sự linh hoạt cao hơn trong việc lựa chọn thiết bị đo của mình. Nếu máy chính được chọn dành riêng các khe cắm cho loại mô-đun PCI hoặc PCIe thì cần phải cẩn thận để đảm bảo rằng các mô-đun yêu cầu có sẵn cho việc giao tiếp đã có trên bảng nối đa năng của máy chính.

Hầu hết các thiết bị LXI đều là thiết bị chuyên dụng (không đa năng) được tích hợp đầy đủ (ví dụ: máy hiện sóng). Tuy nhiên, một số kiến trúc mô-đun LXI dành riêng cho nhà cung cấp mang đến cho các kỹ sư hệ thống sự linh hoạt để xây dựng một thiết bị đa chức năng với giao tiếp Ethernet. Trong một số trường hợp, nhà cung cấp sẽ cung cấp máy chính với số lượng khe cắm khác nhau để thúc đẩy kiến trúc có thể mở rộng.

Áp dụng cho chuyển mạch

Đối với việc chuyển mạch, sự khác biệt về tốc độ không gây ra nhiều hậu quả. Trong thực tế, tốc độ thay đổi của hệ thống chuyển mạch bị hạn chế bởi các thành phần cơ học (rờ-le) - ngay cả chuyển mạch Solid State cũng không cần tốc độ nhiều gigabit của PXIe. Nói chung, các hạn chế về cơ và điện của PXI có thể ảnh hưởng đến những gì có thể được hỗ trợ một cách hiệu quả về mặt chi phí trong PXI. Tuy nhiên, mặt khác, thực tế là nó hỗ trợ nhiều mô-đun và có thể dễ dàng tích hợp nhiều chức năng đa dạng, qua đó có thể tạo ra một hệ thống nhỏ gọn hơn so với hệ thống có thể được xây dựng bằng các thiết bị hộp có giao tiếp LXI.

Như mọi khi, một tiêu chuẩn không phù hợp với tất cả. LXI mang lại sự tự do thiết kế lớn nhất, trong khi PXI cung cấp phương tiện để tích hợp các mô-đun nhỏ từ nhiều nhà cung cấp vào một máy chính tiêu chuẩn mở. Không có gì đáng ngạc nhiên, điều đó có nghĩa là cả hai tiêu chuẩn đều có vị trí của mình và cả hai tiêu chuẩn đều có thể yêu cầu các trường hợp mà chúng có thể hoạt động tốt hơn tiêu chuẩn kia đối với việc chuyển mạch và các ứng dụng khác.

Có sự phân biệt rõ ràng dựa trên kích thước. Ví dụ: nếu cần một ma trận lớn, LXI thường sẽ là lựa chọn tốt hơn. PXI có thể được sử dụng để triển khai các hệ thống lớn này, nhưng chi phí về máy chính PXI, chi phí kết nối cáp và sự phức tạp của phần mềm khi triển khai chức năng chuyển mạch lớn trên nhiều mô-đun làm tăng chi phí hệ thống, giảm hiệu suất và tăng thêm độ phức tạp cho thời gian lập trình và điều khiển hệ thống. Một ma trận được tạo từ nhiều mô-đun PXI được kết nối bằng cáp sẽ được điều khiển dưới dạng các mô-đun riêng biệt chứ không phải dưới dạng một ma trận đơn lẻ.

Các sản phẩm LXI như ma trận mật độ cao 60-554 của Pickering Interfaces tích hợp nhiều cụm phụ vào một ma trận duy nhất để ưu tiên sử dụng các ma trận riêng biệt với cáp kết nối và người dùng phải điều khiển từng ma trận phụ một cách độc lập.

Cuối cùng, do các yêu cầu chuyển mạch tín hiệu thường bao gồm phổ công suất/tần số rộng nên các kỹ sư hệ thống thường chỉ định nền tảng chuyển mạch dạng mô-đun cho thiết kế ATE của họ. Trên thực tế, có thể nói rằng hầu hết các giải pháp chuyển mạch đang được thiết kế dựa trên nền tảng mô-đun. Ngoài việc cung cấp một khuôn khổ cho khả năng đa chức năng, hệ thống chuyển mạch dạng mô-đun cũng có thể được sửa chữa dễ dàng tại hiện trường. Và vì PXI (theo định nghĩa) và LXI (tùy thuộc vào nhà cung cấp) cung cấp kiến trúc mô-đun nên có khá nhiều lựa chọn để lựa chọn.

Tóm tắt

Không có nền tảng "tốt nhất" để chuyển mạch tín hiệu trong hệ thống kiểm tra tự động; Tiêu chuẩn LXI và PXI mang lại những ưu điểm và nhược điểm khác nhau tùy thuộc vào những gì bạn có thể đang cố gắng thực hiện. Về mặt này, các công cụ cũng không có gì khác biệt - luôn có những ví dụ, trong đó việc triển khai PXI và LXI sẽ có những thỏa hiệp khác nhau về chi phí, hiệu suất và kích thước. Vỏ do nhà cung cấp thiết kế thường mang lại lợi thế về hiệu suất cho các giải pháp LXI; một hệ thống máy chính dạng mô-đun có thể mang lại lợi thế về chi phí và kích thước cho các hệ thống đa dạng, chủ yếu là nơi các chức năng đa dạng và yêu cầu mức độ tích hợp cao từ nhiều nhà cung cấp.