要點
- 儀器與控制器通信以及彼此間通信的能力可追溯到上世紀60年代末，當時HP公司發明了HP接口總線(HP-IB)，被制定為IEEE-488標準，并起了一個名字——通用接口總線(GPIB)。
- PXI標準和LXI標準正在克服HP-IB和GPIB的種種局限性。
- 在PXI方面，模塊天生就同步，只須把它們放在同一機箱中即可。
- LXI產品涵蓋了高性能測試系統的構建工作所需的所有主要產品類別，并且在儀器能力方面沒有缺憾。
- 最終，多種儀器規格都會有發展空間。
當人們在為通信和其它先進應用設計復雜的器件和系統時，他們經常需要用一些能夠互相通信的儀器來做測量。例如，人們也許需要把信號源和分析儀同步，來評估某種原型，或者需要執行自動化測量，來收集大量特征描述數據。
儀器早已能和控制器通信并且互相通信，來為這類應用服務。這種能力可追溯到上世紀60年代末，當時HP公司發明了HP接口總線(HP-IB)，被制定為IEEE-488標準，并起了一個與廠商無關的名字——通用接口總線(GPIB)。很多儀器早已配備以電腦為中心的通用接口，比如RS-232、USB等等。但這些接口都有局限性。GPIB電纜又粗大又貴，并且數據速率有限。USB電纜無處不在，也很便宜，但接口不具備針對儀器的特性，而且把通信局限于單臺電腦附近的幾部儀器。
LXI標準和PXI標準正在克服這些局限性。這些標準各自的支持者們分別以LXI聯盟和PXI系統聯盟為代表，在夏秋兩季的行業活動期間，他們大力宣傳各自標準的特性和好處。人們可以使用符合其中某種標準的儀器或是混合系統，來為自己的實驗室帶來自動化測試能力。幾家廠商表示：不存在某種單一的儀器系統體系結構來用于所有應用，他們在同時支持兩種標準，或至少是在研究這些標準（表1中的突出顯示部分）。
如果人們正在從事微波領域的工作，他們將需要LXI系統或者配備LXI微波儀器的混合系統。在PXI規格方面，Phase Matrix公司提供26.5GHz PXI-1420下變頻器，而Pickering Interfaces公司則提供PXI微波開關。Aeroflex公司和National Instruments公司的通用PXI射頻信號源和接收器分別達到最高6GHz和6.6GHz。PXI射頻模塊制造商并不打算增加帶寬，而是以支持新興技術為目標。例如，Aeroflex公司最近宣布了其PXI系統的新型LTE測量能力。相比之下，人們能買到的幾乎任何類型的臺式儀器大概都提供符合LXI的版本。例如， Rohde & Schwarz公司剛剛推出了它的R&S ZVA67，這是一種10MHz至67GHz矢量網絡分析儀。該儀器符合LXI C類。
另外，如果人們需要某種遠程訪問形式，或者必須覆蓋長距離，那么事實能夠證明LXI是首選技術。例如，如果人們需要對雷達工作距離開展測試，其中的信號源和接收器相隔數百米，那么LXI系統就能輕松完成在別的方式下不切實際的測量（參考文獻1）。
另一方面，PXI提供了一種方式來輕松配置某個儀器系統，無須處理LAN問題，也無須IT部門參與。PXI天生就在背板上的儀器之間提供時鐘同步，LXI B和C類儀器具有這種能力，但較常見的C類版本不具備這種能力，特別是在射頻與微波范圍內。而且，PXI系統可以用很高的速率來輸送數據，執行儀器外的存儲與分析。
推動LXI
Agilent Technologies公司的Von Campbell是LXI聯盟的主席，他于去年9月16日在Autotestcon大會上說：“目前，1211種產品獲得了LXI認證，比12個月以前增加了大約50%。”他說，在同一時期，配備LXI連接的儀器家族從64種增加到了140種，有24家會員公司擁有符合LXI的產品。他指出：LXI涵蓋了高性能測試系統的構建工作所需的所有主要產品類別，并且在儀器能力方面沒有缺憾。
與Campbell一起在Autotestcon大會上發表關于LXI講話的還有The Mathworks公司Matlab與Simulink測試與測量產品經理Rob Purser，Pickering Interfaces公司銷售與營銷經理Bob Stasonis，Agilent Technologies公司資深營銷工程師Chris Van Woerkom，VTI Instruments公司業務開發副總裁Tom Sarfi。
Purser指出，LXI“充分利用電信浪潮”來為測試系統降低互連成本并確保長期穩定性。他說以太網具有30年的演變歷史，并一直保持著兼容性。多數LXI實施工作都不需要特殊硬件，但Purser告誡人們不要購買 最便宜的以太網電纜來用于各自的儀器系統。他說LXI補充了當前的技術，使人們可以用LXI來配合GPIB、PXI或VXI系統。
Purser說，盡管以太網有這些能力，但僅有它是不夠的。如果僅使用以太網（許多儀器的確具有以太網接口），那么人們將需要一種方式來配置數百個LAN選項，來發現儀器，來把測試與測量軟件連接到儀器，來協調各項測量活動。他說LXI提供了一種標準的默認LAN配置，來處理人們在把儀器連接到LAN時必須處理的所有細節。為了表明設置LXI系統可以有多容易，Purser在The MathWorks公司的Autotestcon展位演示了一種信道測試設置，它包含Agilent公司和Tektronix公司的儀器，它們與運行The MathWorks公司Matlab軟件的PC共同工作。
Agilent公司的Van Woerkom 詳細介紹了LXI的能力，說它為測試系統提供了一套協調的LAN通信服務，為儀器支持LAN發現功能，為儀器定義了標準的網頁，規定了可互換虛擬儀器(IVI)驅動程序，要求為達標產品開展互操作性測試，并為觸發與同步提供了擴展特性。
與IT部門打交道
如果人們與各自的IT部門打過交道，他們也許會認為LAN連接是問題，而不是特性。在Autotestcon上發表講話時，Pickering Interfaces公司的Stasonis介紹了在把儀器連接到公司的網絡時，如何避免意想不到的困難。他還在如何與防火墻和IT部門打交道方面提供了一些建議， 他說IT部門關心正常運行時間和安全問題，這可以理解。
Van Woerkom說，如果自動化測試系統要求不高，那么某種不會令IT部門不安的配置也許會獲得通過。他介紹了一種系統，其中的PC、路由器以及符合LXI的儀器位于一個孤立的子網中（圖1）。人們可以讓路由器利用DHCP協議來配置儀器，但如果人工分配IP地址和別名，則可避免與地址再分配相關的問題，并簡化編程。他說：“程序喜歡固定的地址。”
圖1，Agilent Technologies公司的Chris Van Woerkom說，人們可以買一部路由器來把PC和LXI儀器連接到公司網絡中，并且不會使IT部門感到不安。
如果人們必須與校園各處或全球各地的儀器通信，或者如果他們希望提供實驗室儀器的遠程訪問，那么IT的參與就很關鍵。據Stasonis說，人們將需要確定所需IP地址的數量， 定義一個等待時間最短且發現功能簡便的網絡拓撲結構，并且描述與帶寬相關的網絡通信量以及將使用的服務和協議。另外他還說，你將需要決定在何處把測試結果存檔，以及如何處理系統更新，例如病毒防護的系統更新。
在結束Autotestcon的講話時，VTI Instruments公司的Sarfi概括了A、B、C類的儀器特征。C類是基本配置，確保與其它LXI C類儀器的互操作性。多數符合LXI的射頻和微波儀器屬于C類，但是VTI公司制造的是符合A類的微波開關。B類儀器實施IEEE 1588標準，以便在儀器之間提供同步，各儀器都包含自己的時鐘，其速率與鄰近儀器略有不同。Sarfi說，B類系統包含一個計時主設備和幾個從設備，利用時間戳來使時間差保持在數十納秒范圍內。他最后描述了A類儀器，它們包含一條8道M-LVDS總線來支持硬件速度下的精確異步握手，誤差限于傳播延時。
LXI儀器在微波領域得到廣泛運用。其中一個例子就是Rohde & Schwarz公司最近推出的R&S ZVA67，這是一種符合LXI C類的10 MHz至67 GHz矢量網絡分析儀。該儀器在67 GHz的動態范圍是110 dB，可用于研發以及生產應用。
在Autotestcon，The Mathworks公司演示了如何利用Matlab軟件以及Agilent公司和Tektronix公司符合LXI的儀器來測試電纜阻抗特征。
NI公司提供PXI硬件和軟件定義儀器測試能力來促成多標準通信設備的測試，其中包括對GPS、藍牙、Wi-Fi、WiMax的支持。
從臺面到PXI
如果把所有儀器都插到一塊背板中，就無需IEEE 1588同步或單獨的硬件總線。National Instruments公司(NI)射頻與通信產品營銷工程師David Hall說：“假設你想同步兩臺數字化儀。舊的示波器方法是連接背部的一些電纜。利用PXI方法，你只須說‘使用PXI一號觸發線’，一切都搞定。從時序和同步角度看，所有使用一條共同數字總線的模塊有一些天生的優勢。” Hall詳細說明了PXI對通信系統設計的好處，特別是對于涉及MIMO無線電的測量。如果利用傳統儀器，他說：“執行這些測量的方式就是買兩臺矢量信號分析儀，連接后部的電纜， 并希望 本地振蕩器(LO)是同步的。在PXI方法中，模塊天生就同步，你只須把它們放在同一個機箱里。”
Hall引用了另一個通信例子。美國導航學會(ION)于去年9月22日至25日在佐治亞州薩瓦納召開了2009年ION全球導航衛星系統(GNSS)會議，與會者試圖構建更好的GPS接收器。Hall說，他們把PXI系統拿到野外，從空中獲得了原始的衛星信號。他解釋說，PXI背板既是命令總線也是數據總線，并且PXI Express能實時輸送獲得的I/Q樣本，直到占滿硬盤。人們然后可利用存儲的樣本來運用和優化接收器原型。
為了強調NI公司的承諾——確保PXI硬件能與該公司的LabView共同服務于通信應用，該公司院士Mike Santori于去年8月5日在NIWeek大會發表講話時說，NI公司成立了一個由通信專家組成的內部研發團隊。為了使公司的硬件和軟件的研制符合其預定計劃，團隊成員們開發了一種LTE基站仿真器。
團隊成員Ian Wong是NI公司資深射頻通信軟件工程師，在化解通信設計難題方面為團隊帶來了學術與行業經驗。Wong為NIWeek與會者們介紹了LTE帶來的挑戰（參考文獻2）。他說，當LTE在今年推廣時，將支持300 Mbps數據速率，而如今常用的EDGE技術僅為500 kbps。LTE基站將每秒執行20萬次2048點快速傅里葉變換(FFT)，并將包含300 Mbps Turbo碼解碼器，它們共同帶來了每秒數萬億次運算性能。Wong所在的團隊利用一種PXI Express系統構建了這種基站仿真器，該系統包含實時雙核控制器，后者與一塊PXI中頻收發FPGA板通信，而這塊板又為LTE基站發射器執行物理層處理。一個PXI射頻上變頻器把輸出提供給被測器件。來自該器件的信號被輸送到射頻下變頻器，然后到達中頻收發FPGA板。
使用習慣
如果你是一名臺式儀器用戶，從事某個LXI和PXI都適合的應用，那么在轉向自動化時，你對平臺的選擇可以圍繞你的經驗、舒適水平和年齡來展開。NI公司的Hall說，他在大學時學會了使用示波器，要點就是由儀器為他提供診斷信息，使他能做出決定。隨著PC在測試應用中的廣泛使用，把測量信息存入PC，并用PC來控制儀器和輔助決策，就成了一件重要任務。他說，雖然LXI和GPIB使臺式儀器自動化成為可能，但這并不是最初開發這些儀器時為它們安排的基本用途。
Hall承認，用戶喜歡旋鈕和按鈕的感覺，并且首次接觸儀器自動化的用戶可能會發現編程想法很嚇人。他在大學讀的是電腦工程，但仍然發現C語言編程任務有些難。他說，圖形方式的LabView語言簡化了這項任務，并且該公司提供許多樣本程序來幫助新用戶入門。
ZTec Instruments公司制造包括PXI和LXI規格在內的數字化儀，公司總裁Christopher Ziomek說，作為一名工程師，如果他想在實驗室中做測量，那么他會自然傾向于拿一臺Tektronix示波器來用。他指出了一些實際的考慮事項。例如，如果你想在給被測的PXI示波器做上電循環的同時做測量，那么你將需要兩個PXI機箱，一個用于被測的示波器，一個用于測試設備。盡管Ztec公司開發了Zscope軟件，可在電腦屏幕上模仿傳統示波器的前部面板，但Ziomek說：“我用有旋鈕的裝置時覺得更舒服。”
Ziomek還說，Ztec公司那些更年輕的工程師們覺得模塊式規格用起來更舒服，并且很喜歡在平板PC上運行Zscope。模塊式儀器還能提高工作效率。憑借PXI或LXI儀器和電腦接口，工程師們更有可能實現測量自動化，而如果受限于傳統的臺式儀器，他們就必須人工多次重復測量。
最終，多種儀器規格都會有發展空間，廠商們對此將會加以利用。例如，Tektronix公司（Ziomek喜歡用該公司制造的傳統工程示波器來做實驗室工作）在NIWeek大會上說，它正在與NI公司合作開發一種10Gsps的3GHz PXI數字化儀。Tektronix公司首席技術官Craig Overhage表示，公司已在研究如何把它的高帶寬高采樣率示波器技術帶給那些偏愛模塊式儀器體系結構的客戶。Overhage說，他認為PXI示波器和傳統示波器有不同的用途，并且預計新型PXI示波器（NI公司將負責營銷）的推出不會影響該公司那些受歡迎的傳統儀器的銷售。
參考文獻
1. Nelson, Rick, “LXI speeds gigahertz measurements,” Test & Measurement World, November 2007, pg 49.
2. “Prototyping Complex Communications Systems,” National Instr uments, NIWeek video, Aug 12, 2009.