概述
PXI(PCIeXtensions for Instrumentation)是一種基于PC技術(shù)的面向測試測量和自動化應(yīng)用的堅固平臺。作為一種開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn), PXI 于1997年提出，并于1998年正式發(fā)布。 今天，PXI規(guī)范由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟(www.pxisa.org)管理和維護(hù)。PXI系統(tǒng)聯(lián)盟由超過70多家公司組成，其中包括全球眾多領(lǐng)先的測試測量廠商。本文將對PXI規(guī)范進(jìn)行概述并介紹一些最新發(fā)展。

PXI標(biāo)準(zhǔn)將CompactPCI標(biāo)準(zhǔn)（具有PCI電氣總線特性，同時具有堅固的、模塊化的歐卡封裝）與專用同步總線和軟件特性結(jié)合在一起。PXI系統(tǒng)由3個基本部分組成——機(jī)箱、控制器以及外圍I/O模塊?；赑XI的這種模塊化架構(gòu)，可以實現(xiàn)系統(tǒng)部分組件的單獨升級，并且可以使測試系統(tǒng)能快速利用這些升級的組件所帶來的新技術(shù)。

隨著商業(yè)PC的總線技術(shù)從PCI演進(jìn)到了PCIExpress，顯著地拓展了總線的可用帶寬，PXI也將PCIExpress集成到PXI標(biāo)準(zhǔn)中，以滿足更多的應(yīng)用需求。PCI工業(yè)制造商協(xié)會（PICMG，管理CompactPCI標(biāo)準(zhǔn)）與PXI系統(tǒng)聯(lián)盟共同努力，確保PXI背板中集成了PCIExpress技術(shù)之后，仍然維持與原有系統(tǒng)的后向兼容性。通過利用PCIExpress技術(shù)，PXI Express將PXI中的可用帶寬從132MB/s提高到6GB/s，提高了45倍多。與此同時，還可以維持與原有PXI模塊間的軟件、硬件兼容性。正是由于此性能的增強(qiáng)，PXI可用于許多新的應(yīng)用領(lǐng)域，其中很多應(yīng)用在以前只能由昂貴的專用硬件(proprietary hardware)實現(xiàn)。

PXI規(guī)范的設(shè)計基于了如下一些考慮。

● 能在嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境下工作
PXI規(guī)范定義了PXI系統(tǒng)能勝任惡劣環(huán)境所要滿足的要求。阻抗匹配的高性能IEC接口在各種條件下都能提供最好的電氣性能。PXI的機(jī)械封裝采用了歐卡結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)也被CompactPCI、VME和VXI采用，在工業(yè)環(huán)境中有長期成功的應(yīng)用歷史。此外，PXI規(guī)范還定義了保證工業(yè)環(huán)境中操作所需的特殊冷卻和環(huán)境要求。

● 共享硬件資源以減小體積
在這種模塊化架構(gòu)下，所有模塊化儀器可以共享控制器、電源以及顯示單元，從而可以顯著減小測試儀器的體積，并降低功耗。 PXI規(guī)范還要求對所有的機(jī)箱進(jìn)行強(qiáng)制的空氣冷卻并推薦進(jìn)行完整的環(huán)境測試，包括溫度測試、濕度測試、振動測試以及電流沖擊測試。所有的PXI產(chǎn)品都應(yīng)該能提供這些測試結(jié)果文件，并提供工作及儲存溫度范圍。PXI規(guī)范同樣要求進(jìn)行電磁兼容性測試以保證可以符合相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)的要求。

● 多模塊和多機(jī)箱之間的同步
PXI系統(tǒng)的一個關(guān)鍵優(yōu)勢在于集成了定時和同步特性，這可以減少不同儀器之間實現(xiàn)觸發(fā)和同步功能的復(fù)雜性：PXI機(jī)箱背板上整合了一個10MHz的專用系統(tǒng)參考時鐘（圖1），通過等長的背板走線傳輸?shù)礁鞑宀?，各插槽之間的時鐘偏差小于1ns；10MHz系統(tǒng)時鐘的精度是由機(jī)箱決定的，典型值小于百萬分之25（25ppm），并且通過在機(jī)箱的星形觸發(fā)插槽（槽位2）安裝一塊具有更穩(wěn)定時鐘源的板卡（例如擁有板載OCXO的NI PXI-6653） 來取代背板的10MHz時鐘，達(dá)到更高穩(wěn)定性。不同模塊上速率更高的采樣時鐘可以鎖相至該穩(wěn)定的10MHz參考時鐘，從而提高多個模塊化儀器之間的同步性能。也可以輸出這個10MHz時鐘，用以同步多個PXI機(jī)箱和其他模塊儀器時作為參考時鐘。除了參考時鐘，PXI背板上也提供由8條TTL傳輸線組成的觸發(fā)總線，從而允許系統(tǒng)中的任意模塊都可設(shè)置一個可以被其他任意模塊檢測到的觸發(fā)信號。

圖1 PXI及PXI Express機(jī)箱為模塊化系統(tǒng)集成提供了極佳的定時和同步性能

以PXI為基礎(chǔ)，PXI Express提供了更多的定時和同步功能——100MHz的差分系統(tǒng)時鐘、差分信號傳輸以及差分星形觸發(fā)總線。采用差分時鐘和同步，PXI Express系統(tǒng)中儀器時鐘的抗噪聲性能進(jìn)一步提高，并且可以以更高速率傳輸數(shù)據(jù)。因此，除了標(biāo)準(zhǔn)的PXI定時和同步信號外，