前语
跟着电子制作技能的日益开展，集成电路的功用变得越来越杂乱，而体积却越来越小，因而对制作测验电子元件的厂商而言，怎么故最快的时刻建造出最具竞争力的测验渠道，确实是一门不小的学识。
1960年代晚期，Hewlett-Packard规划出了所谓的HP-IB(Hewlett-Packard Interface Bus)作为独立仪器与计算机之间的交流通道。因为其高速的数据传输率（对其时而言），很快便广为咱们所承受，因而后来IEEE便将此接口更名为GPIB(General Purpose Interface Bus)。但是为了敷衍更为杂乱的测验环境与应战，GPIB便显得绰绰有余。1987年VXI协会建立，并制订了所谓instrument-on-a-card的规范，也便是VXI (VMEbus eXtensions for Instrumentation)。VXI以其模块化而且巩固的架构，确实为量测与自动化工业带来不少的长处。
近十年来，跟着个人计算机的剧烈革新与遍及，以PCI Bus为架构的仪器模块大为开展。因而1998年PXI System Alliance（PXISA）建立，让PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）成为一个敞开的规范架构。PXI的渠道不只具有相似VXI的敞开架构与巩固的组织外型，更因为其规划了一连串适宜仪器开发所用的同步信号，而使得PXI更适宜作为量测与测验自动化的渠道。
本文首要意图是介绍在PXI渠道下，怎么运用PXI的长处，进行量测仪器模块之间精细而且快速的同步动作。内容包括PXI的简介与阐明、量测仪器模块常用的同步信号以及运用实例。
PXI简介
测验体系制作商的工程师会问，什么是PXI？以PXI的仪器模块和PXI体系做开发渠道会有什么长处？和CompactPCI或PCI有哪些不同？首要，咱们想运用PXI渠道作为量测仪器的渠道，那么就得先知道PXI渠道的架构与其长处，这样才干与仪器模块合作，发挥出最大的效益。
简略来说，PXI是以PCI(Peripheral Component Interconnect)及CompactPCI为根底再加上一些PXI特有的信号组合而成的一个架构。PXI承继了PCI的电气信号，使得PXI拥有如PCI bus的极高传输数据的才干，因而能够有高达132Mbyte/s到528Mbyte/s的传输功用，在软件上是彻底兼容的。另一方面，PXI选用和CompactPCI相同的机械外型结构，因而也能相同享有高密度、巩固外壳及高功用衔接器的特性。PXI与CompactPCI相互联系如图一所示。
图一 PXI与CompactPCI的相互联系
一个PXI体系由几项组件所组成，包括了一个机箱、一个PXI背板（backplane）、体系控制器（System controller module）以及数个外设模块（Peripheral modules）。在此以一个高度为3U的八槽PXI体系为例，如图二所示。体系控制器，也便是CPU模块，坐落机箱的左面榜首槽，其左方预留了三个扩充槽位给体系控制器运用，以便刺进因功用杂乱而体积较大的体系卡。由第二槽开端至第八槽称为外设槽，能够让用户按照自身的需求而插上不同的仪器模块。其间第二槽又可称为星形触发控制器槽（Star Trigger Controller Slot），其特别的功用将于后边的文章中阐明。
图二 典型3U高度的PXI体系架构。背板上的P1接插件上有32-bit PCI信号，P2接插件上则有64-bit PCI信号以及PXI特别信号。
那么前面所说的PXI特有的信号又是什么呢？PXI的信号包括了以下几种，其完好的架构如图三所示。
图三 PXI信号架构
1. 10MHz参阅时钟(10MHz reference clock)
PXI标准界说了一个低倾斜(low skew)的10MHz参阅时钟。此参阅时钟坐落背板上，而且散布至每一个外设槽（peripheral slot），其特征是由时钟源（Clock source）开端至每一槽的布线长度都是等长的，因而每一外设槽所承受的clock都是同一相位的，这对多个仪器模块的同步来说是一个很便利的时钟来历。根本的10MHz参阅时钟架构如图四所示。
图四 PXI 10MHz参阅时钟架构
2. 部分总线（Local Bus）
在每一个外设槽上，PXI界说了部分总线以及衔接其相邻的左方及右方外设槽，左方或右方部分总线各有13条，这个总线除了能够传送数字信号外，也答应传送模仿信号。比如说3号外设槽上有左方部分总线，能够与2号外设槽上的右方部分总线衔接，而3号外设槽上的右方部分总线，则与4号外设槽上的左方总线衔接。而外设槽3号上的左方部分总线与右方部分总线在背板上是不相互衔接的，除非插在3号外设槽的仪器模块将这两方信号衔接起来。部分总线架构如图五所示。
图五 PXI部分总线架构
至于最左方外设槽(2号)的左方部分总线要衔接到哪里呢？是衔接到体系槽吗？不是，这一槽的左方部分总线还有用处，稍后会再阐明。
3. 星形触发（Star Trigger）
前面提到外设槽2号的左方部分总线在PXI的界说下，实被作为另一种特别的信号，叫做星形触发。这13条星形触发线被依序别离衔接到别的的13个外设槽（假如背板支撑到别的13个外设槽的话），且相互的走线长度都是等长的。也便是说，若在2号外设槽上同一时刻在这13条星形触发在线送出触发信号，那么其它仪器模块都会在同一时刻收到触发信号（因为每一条触发信号的延迟时刻都相同）。也因为这一项特别的触发功用只要在外设槽2号上才有，因而界说了外设槽2号叫做星形触发控制器槽（Star Trigger Controller Slot）。请看图六的星形触发架构阐明。
图六 PXI Star Trigger架构
4. 触发总线（Trigger Bus）
触发总线共有8条线，在背板上从体系槽(Slot 1)衔接到其他的外设槽，为一切插在PXI背板上的仪器模块供给了一个同享的交流管道。这个8-bit宽度的总线能够让多个仪器模块之间传送时钟信号、触发信号以及特订的传送协议。
PXI仪器模块的同步运用介绍
谈完PXI的特别专有信号后，咱们能够了解PXI体系仅仅供给了一个便利简练的环境供用户运用，怎么去运用这些信号，则有必要与仪器模块调配，才干真实发挥PXI体系的长处。综观现在各家仪器模块厂商所能供给的PXI仪器模块，现已抵达数百种能够挑选，而不同品种的仪器也有不同的衔接架构与办法。在此咱们将以运用实例来阐明怎么运用PXI特有的信号，来抵达同步的要求。
实例阐明：
某种检测设备用来勘探待测物体的结构，这种设备具有八个传感器，用来感应待测物体所传回的信息，而且以模仿信号送出其成果，其信号频率在7.5MHz左右。因为这八个信号相互有时刻上的联系，因而当咱们量测这八个传感器信号时有必要要同一时刻开端收集，而且采样时钟要同一相位，不然运算的成果会有差错。别的此检测设备在传感器开端传送信号时，一起会有数字触发信号输出，其数字与模仿信号联系如图七所示。
图七 检测设备的输出时序图
面临前述的量测需求，咱们有必要挑选一个适宜的量测模块，才干抵达体系的要求。首要传感器所回传的信号频率为7.5MHz，因而依据奈氏采样定理，量测模块的采样频率有必要在15MHz以上，且模块自身的输入频宽有必要比7.5MHz高上许多，才不会形成输入信号的衰减。综观以上条件，咱们挑选凌华科技推出的PXI-9820作为量测模块。PXI-9820为一高速的数据收集模块，自身具有两个采样通道，其采样率高达65MS/s，前级模仿输入频宽高达30MHz。别的PXI-9820自身配有锁相环电路(PLL)，能够对外界的参阅时钟进行相位确定。PXI-9820也可通过PXI的Star Trigger，对其他13个外设槽传送高度精细的触发信号。因而PXI-9820非常适宜用在这一个运用里。
有了适宜的量测模块之后，咱们要开端规划怎么进行量测。首要，因为共有八个传感器需求进行量测，而一个PXI-9820只要两个采样通道，因而咱们需求四片PXI-9820。其次量测标准要求各通道采样的相位要相同，因而每一张量测模块的时钟有必要进行同步。因为每一片PXI-9820自身有板载采样时钟，因而其时钟无法确保都同相位。咱们运用PXI背板所供给的10MHz参阅时钟作为PXI-9820的外界参阅时钟输入，运用PXI-9820自身的锁相回路电路进行时钟的相位确定。图八是各片仪器模块的采样时钟不同步的状况。图九则为通过PLL锁相之后的时钟成果。
图八 不同步的采样时钟
图九 同步的采样时钟
最终，因为检测设备在开端传送传感器的模仿数据时，会一起送出数字触发信号，咱们将此触发信号当作每一片PXI-9820的触发条件。不过怎么让这一个触发信号能准确的一起抵达每一张PXI-9820呢?咱们将其间一张PXI-9820刺进Star Trigger Controller槽位，运用这一槽特有的Star trigger，传送给其他的三张PXI-9820以抵达最准确的触发时刻。
定论
运用PXI仪器模块与PXI渠道作为量测与测验渠道，不只能够充分运用PCI的高速传输特性，以及承继用户原本就已了解的软件渠道，更能够运用PXI所供给的触发信号来完结更精细的同步功用。全球各地的PXI开发厂商更为用户供给了数百种的量测测验仪器模块，让用户能够以最便利、快速及经济的方法完结适宜自身运用的PXI体系。本文清楚的阐明晰PXI信号，而且以一简略的比如阐明怎么故PXI信号进行仪器模块之间的同步。希望能给予预备开发PXI体系的用户一个开始的了解。
