重庆计量校准自动化测试的模块化仪器系统
来源: | 作者:proc22dfc | 发布时间: 2019-09-02 | 9 次浏览 | 分享到:
设备的日趋凌乱和技术的渐进融合,正唆使检验系统变得愈加活络。虽然本钱的压力要求系统具有更长的生命周期,检验系统愈加需求考虑能够包容设备随时间带来的各种改动。结束这些目标的仅有方法便是选用一种软件定义的模块化架构。该白皮书将通过虚拟仪器系统引进软件定义的概念,为硬件途径和软件结束供应多种选择,并谈论模块化仪器系统是怎样满足自动化检验设备(ATE)的要求。重庆计量校准
比较传统仪器系统和虚拟仪器系统的架构:两者具有相似的硬件组件,两种架构的首要不同在于软件地址的方位以及是否能够被用户访问。
两者都具有测量硬件、一个机箱、一个电源、一条总线、一个处理器、一个操作系统和一个用户界面。因为这两类仪器运用相同的根本组件,所以单从硬件的视点来看,两者间最明显的差异在于怎样将这些组件进行封装。一个传统的(或分立)仪器将其全部组件放置在同一个机箱(这个机箱适用于任何一个分立仪器)中。一个通过GPIB、USB或LAN/局域网控制的手动仪器便是台式仪器的一个典型。这些仪器是作为分立器件规划的,其首要规划目的并不是集成为系统运用。虽然传统仪器数量众多,但就仪器本身而言,其软件处理和用户界面都是固定的,仅当厂商选择更新时才干够被更新,并且怎样更新也取决于厂商的选择(例如,通过固件的更新)。因而,用户不可能通过传统仪器进行其功用列表未包括的测量,并且,这使得依据新的标准进行测量,或许依据需求的改动调整原系统,都极具挑战性和潜在风险。
相比之下,由软件定义的虚拟仪器使得用户能够直接访问硬件上的原始数据,以便定义用户自己的测量和用户界面。通过这种软件定义的方法,用户能够进行定制的测量,依据新诞生的标准进行测量,或许依据需求改动调整系统(例如添加仪器、通道或测量)。虽然用户定义的软件也可运用于分立的专用硬件,但其最理想的调配仍是通用的模块化硬件,通过这种结合,测量软件的活络性和功用都能够得到充分的运用。这种活络的、用户定义的软件与可扩展的硬件组件的组合,便是模块化仪器系统的中心地址。
模块化仪器系统能够采纳多种形式。在一个规划出色的模块化仪器系统中,许多组件——例如机箱和电源——为多个仪器模块所共用,而不是为每一个仪器重复配备这些组件。这些仪器模块也能够包括不同类型的硬件,例如示波器、函数发作器、数字化仪以及RF等。在某些现象下(如图2所示),测量硬件只是是一个装置于主机端口或插槽的外设。在此现象下,主机PC供应用以工作测量软件的处理器,以及电源和I/O以及机箱。
该模块化仪器系统的范例运用PXI硬件和NI LabVIEW图形化开发软件。
虽然术语“模块化”有时会只是狭隘的仅用于依据硬件封装,但模块化仪器系统所包括的内容远不止封装。用户应当期望模块化仪器系统带来三方面的收益——更低的本钱与更小的尺寸(通过共用机箱、背板和处理器),更高的吞吐量(通过与主机处理器的高速联接),以及更高的活络性与更长的生命周期(通过用户定义的软件)。
如上胪陈,模块化仪器系统中的全部仪器共用同一个电源、机箱和控制器。而分立仪器则为每一个仪器重复配备电源供应、机箱和(或)控制器,然后添加了本钱与尺寸并降低了可靠性。事实上,每个自动化的检验系统仅需求一个PC,不管该PC运用怎样的总线;全部仪器都依据模块化架构,为整个系统分管了本钱。在模块化仪器系统中,G赫兹PC处理器分析数据并运用软件完成测量。其测量吞吐量是传统仪器(这些仪器运用内置的厂商定义的固件和专用处理器)的十倍到百倍。例如,一个典型的向量信号分析仪(VSA)每秒能够结束0.13次带内功率测量,但是一个NI模块化VSA每秒能够结束4.18次带内功率测量——到达近33倍的改进。
模块化仪器需求一个高带宽、低时延的总线,结束从仪器模块到同享处理器的联接,以实行用户定义的测量。虽然USB在易用性方面供应了极好的用户领会,但PCI与PCIe(以及依据这些总线拓宽而得的PXI途径)在模块化仪器系统中供应了最佳的功用。现在,PCIe供应高达4 GB/s的插槽带宽,——逾越高速USB的33倍,是100 Mb/s以太网的160倍,甚至是行将推出的千兆以太网的16倍。外设总线(例如LAN与USB)总是通过一个内部总线(例如PCIe)与PC处理器相连,因而功用不会很高。我们来看一个高速总线怎样影响检验与测量的范例,我们考虑一个模块化RF采集系统。在一个台式机或一个带有4个2 GB/s插槽的PXI系统,能够将两个通道的100 MS/s、16-位IF(中频)数据以数据流的方法直接传输到一个处理器供运算处理。因为LAN与USB都不能满足这些需求,所以需求供应这样功用水平的仪器总是包括一个嵌入式的、厂商定义的处理器,以结束测量——这样的仪器就不再是模块化的了。
关于一个PXI系统,其主机能够嵌入于机箱,或许是一个别离的便携机、台式机或服务器,它通过有线接口控制测量硬件。因为PXI系统运用与PC内部总线相同的总线(PCI和PCIe)和现成可用的PC组件,以结束对系统的控制,因而,无论是运用PXI系统仍是PC,均可作为模块化仪器系统的硬件途径。(但是,PXI为模块化仪器系统供应了一些独有长处,如更高的通道数、便携性和巩固性(如欲了解关于PXI的更多信息,敬请访问ni.com/pxi)。)不管系统运用了PXI、带有内插式模块或是带有I/O外设模块的台式机,这种同享机箱和处理器的方法不只大大地降低了本钱,同时还支撑用户对测量与分析软件的控制。虽然模块化仪器系统也存在许多种配备选择,但该类型仪器系统与传统仪器系统的差异之处在于,其软件是敞开的,以便在检验需求发作变化或传统仪器无法结束测量时,用户能够定义自己所需的测量。
值得注意的是,这种模块化方法并不意味着,与将全部的功用集结在单一盒子内的传统仪器相比较,会存在仪器或通道间同步的问题。相反地,模块化仪器的规划目的在于可被集成,以供系统运用。全部的模块化仪器均通过同享的时钟和触发器,供应守时和同步的才干。例如,就最高同步精度而言,基带、IF和RF仪器能够结束仪器间偏移低于100 ps的相互同步——优于同一台仪器的多个通道间的同步偏移。
PCI与PCIe供应了最高的带宽和最低的时延,然后缩短了检验时间并通过用户定义的软件结束了高活络性和长生命周期。
在模块化仪器中,与主机的高速联接结束了该仪器的高活络性和更长的生命周期,因为它支撑软件驻留于该主机,而不是驻留在该仪器。运用该主机上工作的软件,用户(而不是厂商)能够定义仪器的工作方法。这样的架构使您能够:1)进行那些不可普遍以致未能包括在典型的、厂商定义的、非模块化方法中的测量;2)为没有发布的标准创立测量;以及3)定义用于进行特殊测量的算法。软件的用户定义也意味着,您能够在受测设备发作改动时添加或调整测量。您也能够运用软件直接访问跨网络监督或控制这些模块化仪器。
值得注意的是,这些硬件结束方法并没有牺牲测量功用。现在,运用模块化仪器系统建立的仪器包括业界最高精度的数字化仪、最高带宽的恣意波形发作器和最准确的7位半数字万用表。
软件在模块化仪器系统中的效果十分重要。软件将来自硬件的原始比特流通换为一个有用的测量值。一个规划出色的模块化仪器系统统筹软件的多个层次,包括I/O驱动程序、运用程序开发和检验办理,。
运用开发环境层中的软件供应了用于开发运用所需的代码或规程的东西。虽然图形化编程并不是模块化仪器系统所必需的,但这些系统一般运用图形化东西,以保证其易用性和快速开发。
形化编程运用“图标”或符号函数,它们以图示方法表明所要实行的操作。这些符号通过“连线”相连,以传递数据并承认其实行的次第。LabVIEW供应了业界最常用的、也是最无缺的图形化开发环境。
用于一个典型的鼓励/响应运用(选用模块化仪器系统)的代码,选用LabVIEW编写,1)通过一个恣意波形发作器生成一个信号;2)运用一个数字化仪/示波器收集该信号;
一个模块化仪器系统中常用的软件层次。.
位于最底层的是测量与控制服务层,,虽然常常被忽视,它仍然是一个模块化仪器系统最为要害的要素之一。该层代表了I/O驱动软件和硬件配备东西。这个驱动软件十分要害,因为它供应了检验开发软件和用于测量与控制的硬件之间的联接。
仪器驱动程序供应一组面向与仪器交互的高层次的、用户可读的函数。每个仪器驱动程序都有一个特定的仪器模型,以供应一个访问该仪器共同功用的接口。在一个仪器驱动程序中,与开发环境的集成尤为重要,因为这关系着仪器的指令能否与运用开发无缝集成。系统开发人员需求专为他们所选的开发环境(如NI LabVIEW、C、C++或Microsoft .NET)而优化的仪器驱动程序接口。
相同包括在测量与控制服务层中的还有配备东西。这些配备东西包括用于I/O的配备和检验资源,以及存储扩展、校准和通道相关信息。这些东西关于一个仪器系统的快速构建、毛病排除和保护十分重要。
一些运用还需求一个附加的软件办理层,用于检验实行或检验数据的可视化。这一要求在系统办理软件层得以表现。关于高度自动化的检验系统,检验办理软件供应了一个面向次第实行、分支/循环、陈说生成和数据库集成的结构。检验办理东西还有必要能够严密集成专用代码的开发环境。例如,NI TestStand供应了用于次第实行、分支、陈说生成和数据库集成的这样一个框架,并包括了与全部常用开发环境的联接。而其他一些东西可能对其它需求调查许多检验数据的运用起到协助。这些需求包括快速访问许多散落的数据、共同的陈说和数据的可视化。这些软件东西,针对收集进程中所收集的数据和(或)仿真进程中所生成的数据,为办理、分析和陈说这些数据供应辅助功用。
关于模块化仪器系统,该软件架构中的每一层都应当仔细考虑。
当设备变得愈为凌乱并包括更多迥异的技术时,检验系统有必要变得更为活络。虽然检验系统有必要包容随时间改动的设备,但本钱的压力要求系统具有更长的生命周期。结束这些政策的仅有方式便是,选用一种软件定义的模块化架构。通过同享组件、高速总线和敞开的、用户定义的软件,模块化仪器系统最佳地满足了ATE的现在需求和未来的需求。

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