由于PXI標準采用了PCIe技術，PXI自動化測試系統(tǒng)提供了前所未有的高性能在有些情況下，PXI儀器現在可以執(zhí)行一些迄今一直無法完成的測量

　　PXI Express是由PXI擴展所得新型PXI Express機箱提供了支持PXI與PXI Express模塊協(xié)同工作于同一系統(tǒng)的混合兼容的插槽所以，針對自動測試應用領域，PXI與PXI Express系統(tǒng)均具有如下三大技術優(yōu)勢：

　　靈活的、軟件定義的儀器系統(tǒng)

　　模塊化儀器的集成

　　高數據吞吐量

　　利用軟件定義方式實現儀器系統(tǒng)的靈活性，您可以為各種測量應用重新配置測試系統(tǒng)對于針對某臺設備需要進行多種協(xié)議的標準測量的RF/通信設備制造測試，這種靈活的測試方案顯得尤為適用

　　其次，通過將模塊化儀器集成到同一個系統(tǒng)，您可以從超過1500種現有PXI儀器中選擇合適的儀器這些儀器包括測試與測量行業(yè)中最高性能的儀器：

　　18-位分辨率的高精度多功能數據采集卡

　　24位分辨率、500 kS/s采樣率數字化儀

　　具有pA級精度和1000 V量程的快速7位半數字萬用表

　　高密度開關陣列，在單個3U插槽中具有512個交叉點

　　高達6.6 GHz的RF信號分析與發(fā)生儀

　　高密度通道計數與同步，高達5000個動態(tài)通道

　　通過在同一系統(tǒng)中使用多種PXI模塊化儀器，您可以通過單個測試系統(tǒng)測試多種混合信號設備一個常見應用便是使用PXI系統(tǒng)實現混合信號半導體ASIC的表征

　　最后，PXI與PXI Express儀器均具有一條能實現從儀器到主機PC的高性能信息傳輸的數據總線PXI儀器能夠為總線上的所有設備提供高達132 MB/s的共享帶寬PXI Express儀器通過PCIe總線甚至能夠達到更高的吞吐量PCIe總線是一個點對點的高速串行總線，其每插槽帶寬可以從250 MB/s擴展至2 GB/s例如，一個x4（“乘4”） PXI Express插槽為該插槽中的設備提供高達1 GB/s專用帶寬此外，系統(tǒng)的總吞吐量隨著您添加更多儀器至系統(tǒng)中相應增加

圖1. PCIe的吞吐量隨所使用儀器的數目擴展

　　您可以利用PXI Express儀器的高數據吞吐量的特性，創(chuàng)建若干項新型應用憑借總線的高吞吐量，您可以在高速數據流導入磁盤或數據流導出磁盤配置應用中，協(xié)同使用PXI Express儀器與PXI Express RAID硬盤驅動器兩個特殊的應用——信號情報與數字視頻測試——的實現便是得益于這一功能

　　軟件定義的測量：RF與通信測試

　　利用虛擬儀器系統(tǒng)的方式，PCI或PCIe被用作從儀器到PC的數據總線您可以結合定制算法或常見測量值（如上升時間或THD（總諧波失真）），對數據進行分析利用軟件定義測量，您可以重新配置儀器以執(zhí)行各種任務

　　一個需要使用軟件定義測量的應用領域便是RF與通信制造測試由于現在的無線設備使用多種通信協(xié)議，如802.11g、GSM、GPS和藍牙等，無線設備測試的挑戰(zhàn)性和測試成本均日趨上升以往，您需要多臺儀器以表征不同通信標準下的設備性能糟糕的是，使用多臺獨立儀器的成本會非常之高如今，使用這種軟件定義的RF測試方案，可以使用相同的硬件設備、通過重新配置軟件從而實現對多種通信協(xié)議的測試因而，您可以用同一臺儀器與不同的軟件結合使用，實現不同的測試功能一個面向無線標準測試的儀器復用的常見范例，便是蜂窩電話制造測試，如圖2所示

　　圖2.涉及多個標準的蜂窩通信制造測試

　　如圖所示，單個PXI失量信號分析儀捕獲對應不同通信標準的各種頻率的RF信號由于通信協(xié)議堆棧用軟件實現，您可以將同一臺儀器復用于每一個通信標準因而，軟件定義的測量方式縮減了測試成本與空間占用

　　多儀器集成：混合信號ASIC的表征

　　對于混合信號測試，PXI的另一個技術優(yōu)勢便是，它提供了在同一個系統(tǒng)中緊密集成多個儀器的能力這一能力提供了儀器間的精確同步和模擬與數字數據間的相關，并減少了儀器所占用的空間這種實現儀器系統(tǒng)的混合信號方式使得多種測試應用獲益匪淺范例之一便是多通道混合信號專用集成電路ASIC，如數模轉換器

　　現代ASIC要求混合信號輸入和輸出以及各種信號需求以往，這些設備的自動化測試需要多個臺式儀器，這需要耗費相當的成本和物理空間今天，PXI儀器系統(tǒng)提供了一種單平臺解決方案，通過該方案，您可以在單個測試中集成多臺儀器

       例如，考慮表征一個4-通道、12-位、100 MHz數模轉換器所需的測試儀器該ASIC需要超過48個同步數字I/O的通道、4個精確模擬輸入通道和一個可編程的DC電源利用PXI儀器系統(tǒng)，您可以通過在同一個系統(tǒng)中集成多個PXI儀器解決這一測試挑戰(zhàn)如圖3所示，您可以實現多個數字I/O模塊的同步，以確保48個通道滿足通道間偏移小于1 ns此外，一個PXI高速數字化儀在100 MS/s采樣率時能提供14-位的精度對于該測試系統(tǒng)，您僅需要一個數字化儀，以及一個低插入損耗的RF開關最后，您可以使用一個PXI可編程電源供應，以提供從0V到6V的、120µV間隔變化的電壓圖3表示了一個多通道DAC的參考架構

　　圖3.4-通道DAC表征的參考架構

　　利用PXI模塊化儀器系統(tǒng)，您可以將一個混合信號測試平臺集成至單個測試系統(tǒng)中圖4表示了測試一個4-通道DAC所需的系統(tǒng)

　　圖4混合信號PXI儀器系統(tǒng)

　　利用儀器系統(tǒng)的模塊化實現方式，您可以通過重新配置該系統(tǒng)或對其擴展以滿足未來的測試需求此外，通過與NI LabVIEW編程環(huán)境的連接，您可以實現如THD、SFDR和SINAD等量的測量在該系統(tǒng)中，您可以通過觀察其在電源、電流等各種因素下的性能，得到被測設備的全面表征

　　Applications高數據吞吐量：數據流導入磁盤應用

　　PXI Express儀器系統(tǒng)的最大技術優(yōu)勢在于PCIe總線的高數據吞吐量這一優(yōu)勢不僅縮短了常見自動化測試應用的測試時間，也使得使用現有商用硬件無法實現的新型應用得以實現范例之一便是數據流導入磁盤，如信號情報和數字視頻測試等

　　傳統(tǒng)的臺式儀器，如任意波形發(fā)生器、邏輯分析儀和示波器等，使用板上有限的存儲器作為存儲波形數據的臨時緩存板上存儲器昂貴而且可用空間有限然后，這些儀器系統(tǒng)可以通過GPIB、LAN或USB接口將波形輸入至PC或自PC輸出波形糟糕的是，這樣的數據吞吐量僅僅是數兆字節(jié)每秒對于數據流導入磁盤或數據流導入內存等應用，需要高得多的吞吐量PXI Express憑借其高吞吐量和低總線時延，提供了一個引人矚目的解決方案

　　幸運的是，您可以使用NI LabVIEW的多線程編程模型，方便地優(yōu)化數據流導入磁盤應用由于LabVIEW動態(tài)地分配編程任務至多個線程，您可以通過將儀器I/O和文件I/O分解成兩個獨立的while循環(huán)，實現更高的吞吐量推薦使用的編程方式為生產者-消費者循環(huán)結構，如圖5所示

　　圖5帶有隊列結構的生產者-消費者循環(huán)結構

　　在上例中，上面的循環(huán)（生產者）從一個高速數字化儀中采集數據，并將其傳遞至一個隊列結構（一個LabVIEW FIFO隊列）您可以使用該隊列結構，以實現LabVIEW中的多個while循環(huán)間的數據傳遞下面的循環(huán)（消費者）自隊列結構中讀取數據并將其寫入到磁盤該生產者-消費者循環(huán)結構為數據流導入磁盤應用提供了最佳的性能，因為在消費者循環(huán)將數據寫入到磁盤的同時，生產者循環(huán)可以繼續(xù)采集數據

　　標定數據流導入磁盤應用

　　得益于PXI Express儀器系統(tǒng)吞吐量的提高，您可以在數據流導入磁盤應用中實現更高的采樣率和更多的通道數為了標定數據流導入磁盤應用的準確吞吐量，使用如下等式：

　　吞吐量=采樣率x字節(jié)/樣本x通道數

　　例如，考慮一個數據流導入磁盤應用場景：NI PXIe-5122高速數字化儀的兩個通道以100 MS/s的最大采樣率進行采樣注意，NI PXIe-5122是一個14-位的數字化儀因而，每個采樣值需要2字節(jié)存儲空間或磁盤空間NI PXIe-5122的最大吞吐量如下所示：

　　吞吐量=100 MS/s x 2字節(jié)/采樣 x 2通道=400 MB/s

　　為了精確表征一個真實系統(tǒng)的性能，使用一個PXI Express雙核嵌入式控制器，以及一個速率為650 MB/s的PXI Express x4 RAID-0硬盤驅動器對于該測試，所用的采集大小為40 GB在如下所示的測試結果中，使用了多個具有256 MB板載存儲的NI PXIe-5122數字化儀表一根據所需通道的數目，描述了數據流導入磁盤應用的最大采樣率

　　表1.NI PXIe-5122高速數字化儀的數據流導入磁盤的標定速率

　　作為數據流導入磁盤應用的另一種方案，您也可以將來自一個高速數字化儀的數據以數據流的形式導入您的PXI控制器的板載內存中這一方法不要求一個RAID硬盤驅動器配置，而且吞吐量也不受硬盤驅動器的磁盤寫入速度限制實際上，吞吐量受到PCIe總線帶寬的限制，而采集數據大小則受限于可用PC存儲器的空間大小在一個典型的數據流導入磁盤應用中，PC存儲器只是作為數據的臨時緩存由于一個典型的嵌入式控制器能夠支持40 MB/s的磁盤寫入速度，所以您可以將數據存儲在存儲器中直至您將其寫入磁盤

       在下列數據流導入存儲器場景的標定中，使用了一個具有2 GB板載存儲空間的PXI Express雙核控制器對于每通道100M采樣點數的采集大小，該測試需要高達1.2 GB的PC存儲器以支持六個通道這里，再次使用了多個具有256 MB板載存儲空間的NI PXIe-5122數字化儀，以獲取最佳結果其結果如表2所示

       表2NI PXIe-5122高速數字化儀的最大數據流導入存儲器速率

       數據流導入磁盤和數據流導入內存應用之所以能夠在PXI中達到如此之高的吞吐量，其原因之一便是采用了一個高帶寬、低時延的數據總線——PCIe如果您將該總線與其它標準數據總線相比較，您將發(fā)現該總線提供了最高的吞吐量和最低的數據時延

　　圖6.常見儀器總線的帶寬與時延比較

　　這種將數據以數據流的形式導入磁盤的能力使得許多應用獲益匪淺在此，我們將詳細討論兩個常見應用：1）信號情報/頻譜監(jiān)測和2）數字視頻測試

　　信號情報：中頻數據流導入磁盤

　　現代軍事偵察、衛(wèi)星通信和頻譜監(jiān)測應用，需要長時間地將大量數據以數據流的形式導入硬盤的能力以往，這些應用只能借助構建和維護都十分昂貴的、定制的硬件來實現然而，您現在可以利用商業(yè)現成可用（COTS）的PXI和PXI Express儀器系統(tǒng)，開發(fā)面向信號情報的波形數據流導入磁盤應用

圖7通信系統(tǒng)測試中的數據流導入磁盤的配置

　　為捕獲RF信號，我們使用一個高速數字化儀以采集來自下變頻器的中頻（IF）信號該下變頻器工作于RF頻段，并使用一個或多個混頻器將RF信號轉換到一個您可以通過高速數模轉換器進行捕獲的頻率范圍利用NI PXIe-5122高速數字化儀的兩個采樣率為100 MS/s的通道，您可以采集到兩個IF信號，每個通道的帶寬為50 MHz基于此，您可以采集總RF帶寬為100 MHz的信號

　　對于信號情報應用，典型情況下，部分頻譜以數據流的方式導入磁盤持續(xù)數分鐘或甚至數個小時一旦保存，該數據便可以通過功率譜或時頻譜進行后續(xù)軟件處理一些實例中，也可以通過任意波形發(fā)生器反向生成所捕獲的頻譜數據，以模擬實際環(huán)境

　　消費電子產品：數字視頻測試

　　另一項需要長時間采集測試波形的應用便是數字視頻測試DVI標準支持LCD顯示器和平板等離子顯示器新的技術需要更高的時鐘速率，因此生成和采集移動DVI顯示圖形甚至需要更長的波形

　　對于利用DVI輸出精確測試現代機頂盒時，長時間生成或采集數字視頻模式的能力變得非常關鍵例如，測試當天的機頂盒的圖像解壓縮和解碼算法，需要移動測試模式由于像素偏移僅在移動圖像上發(fā)生，您必須每次持續(xù)采集數字信號傳輸達數秒或甚至數分鐘，以檢測這些位誤差在圖8中，您可以觀察到像素偏移對數字圖像的影響

圖8傳輸錯誤導致像素偏移的發(fā)生

　　借助PXI Express，您可以利用現成可用的RAID硬盤驅動器配置，持續(xù)采集DVI圖像長達數分鐘或者甚至數小時例如，您可以配置NI PXIe-6537高速數字I/O模塊，從而以高達200 MB/s的速率持續(xù)數小時（2.5小時 = 1.8 TB）實現數據流導入磁盤因而，您可以利用現成可用的快速PXI儀器執(zhí)行準確的數字視頻像素偏移測試

　　總結

　　利用PXI平臺，您可以實現：

　　靈活的、軟件定義的測量

　　模塊化儀器的集成

　　高數據吞吐量

　　憑借這些技術優(yōu)勢，PXI儀器系統(tǒng)使得各種應用獲益匪淺，其中包括RF與通信測量、混合信號ASIC表征、信號情報和數字視頻測試等而且，雖然PXI平臺業(yè)已提供了所有這些技術優(yōu)勢，但是PXI Express通過利用PCIe總線大幅提高吞吐量，顯著改進了該平臺的性能因而，您可以創(chuàng)建高精度的自動化測試系統(tǒng)，與以往系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)不僅測試時間更短，而且測試能力也更為強大