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从设计到制造 模组化仪器高弹性优势完全发挥
整合软硬体优点

【作者: 王岫晨】2020年11月11日 星期三

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模组化仪器结合了小巧、高效能的硬体与弹性化的软体,以及整合了同步处理资源。以NI的模组化仪器为例,其硬体运用最新的商业技术,包括ADC、DACs、FPGAs和PC汇流排,而达到从7位数DC到2.7 GHz的高解系度及高速的量测。


另外,模组化仪器软体(如NI LabVIEW)则内建了测量软体,以及复杂的分析工具。使用模组化仪器可让从事测试及设计工作的工程师自订测量系统,选择适当的硬体模组,并且在工业标准的软体环境中建立自订的测量工具,以达成他们的特殊应用程式的需求。与模组化仪器建置在一起的系统,可以提供比传统系统更隹的弹性、精确度、产能及同步处理能力。模组化仪器硬体一般来说包括:


● 高速数位器


● 函数及任意波形产生器


● 数位波形产生器/分析仪


● 数位万用电表(DMM)


● RF测量工具


● 音讯/视讯撷取及产生装置


● 交换器


此外,模组化仪器亦可整合其他产品,包括影像撷取、马达控制,以及资料撷取等。


含标准软体的使用者定义测量工具

功能强大的测量软体是模组化仪器最重要的技术。因为在软体中定义了测试系统的功能,所以工程师可以建立传统厂商定义系统所没有的独特测试功能。以目前NI的模组化仪器方案来看,其软体和标准化测量硬体相互整合,可提供富有弹性的平台,并依据应用程式需求变动,来调整测试系统的功能。此外,搭配LabVIEW及LabWindows/CVI应用程式开发环境,以及驱动程式软体和TestStand,这些都是当今顶尖电子制造公司所常用的测试管理软体。


开发过程中重覆使用

从设计到验证和制造测试,虚拟测量仪器的弹性功能都可以做最适当的调整。在设计方面,像LabVIEW这种软体就能够与机械和电子设计工具的变动做紧密的连结,以将设计和模拟资料汇入测量系统,便可以用精确的测量硬体和客户定义的测量工具,缜密地规划出独到的设计。在验证和制造测试方面,产能高、系统成本低,再加上测试管理软体的紧密整合,使得模组化仪器成为更好的选择方案。


高产能

工业标准PCI和PXI汇流排提供速度更快的平台,可快速塑造原型及执行测试应用程式,速度可达132 Mbytes/s,比GPIB快100倍以上。此外,标准PC处理技术提供快速、稳健的平台,可执行复杂的测量分析和视觉化作业。因为有了更快的PC处理器,所以只需要少少的成本,即可轻松将整个测量系统的效能升级。汇流排频宽和处理器效能的提高,代表可以在更短的时间内,处理更多的测量工作,进而降低制造的测试成本,并可在设计期间提供详细的测量值。


整合的计时和同步处理技术

一般而言,要将传统仪器同步化是很困难的;在许多情况下,要使仪器之间的时间达到所需的精准度是不可能的事。模组化仪器包含了计时和同步处理功能,可建立紧密整合的测量系统。尤其是PXI模组化仪器利用了内建在PXI後档板中的时钟和触发汇流排。使用这些功能,就可以建立高效能的触发回应系统,以及高通道数的撷取和产生仪器。


结语

目前最新的电子设计,均以其整体功能的特色为架构,再互相搭配类比与数位技术而成。这些系统(如最新的无线手持装置与机上盒)的设计、原型制作、测试等程序,均必须纳入视讯、音讯、资料的多项作业,并需要紧密整合数位与类比的撷取与产生硬体,再搭配基频取样率、失真、时序的特性叁数。即便具备不同的时序引擎与类比效能,类比与数位仪控已不再是独立系统。此外,这些装置的制造商必须顾及全球上市时间,往往需要稳定、高传输率的功能测试系统,才能满足效能规格的需求。


若使用软体定义的模组化仪器,所设计并建构的测试系统,将可随时弹性重设。目前市面上共超过1500款PXI产品,其中超过400款是由NI所设计(其他如Keysight是德科技也是PXI模组化仪器的主力厂商)。值得一提的是,PXI仪控设备具有多项优势,这些仪器可用於任何应用、高效能且高品质的量测、可选用软体架构、检验生产单位等。


(本文叁考资料:NI模组化仪器白皮书)


解决方案

是德科技PXI仪器

是德科技:「PXI产品具备出色性能、创新特性和量测专业技术。」


是德科技持续提升PXI创新功能,以协助工程师更快争取产品上市先机,并达成降低测试成本的目标。此外,是德也不断扩大PXI和PXIe模组化产品的阵容,这些产品具有出色的品质、性能和量测专业技术,可带来突破性功能。为了帮助工程师透过所选的软体平台快速开发测试系统,是德科技提供包含全套仪器驱动程式、文件和范例的PXI模组,适用於Microsoft C/C++、C#或Visual Basic、MATLAB、VEE、LabVIEW和LabWindows/CVI软体平台。



图一 : 是德科技PXI仪器解决方案
图一 : 是德科技PXI仪器解决方案图片来源:keysight.com

NI PXI模组化平台

NI:「NI将持续推广高效能的PXI模组化仪器。」


PXI模组化仪控针对量测与自动化的使用者,定义了一种坚固的运算平台,并已成为主流PC工业技术的优势。透过标准的PCI汇流排,PXI模组化仪控系统可整合多种软体与硬体元件的优点。诸多使用者早已熟悉PXI系统所执行的软体与作业系统;因为这些软体均已应用在一般的桌上电脑中。PXI并整合坚固的工业规格、大量I/O??槽,与先进的时脉/触发功能,以满足使用者的需求。



图二 : NI PXI模组化测试系统
图二 : NI PXI模组化测试系统图片来源:ni.com
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