儀器總線發(fā)展趨勢：總線技術(shù)具有獨特性


     對于任何一個可以與系統(tǒng)級測試掛上勾的儀器而言，總線是一個必不可少的單元，在測試設(shè)備及系統(tǒng)中承載著數(shù)據(jù)傳輸和控制等的重要功能。測試測量儀器業(yè)從1960年代制定**個儀器總線標(biāo)準(zhǔn)GPIB，大約每10年增添一種新的儀器總線，相繼推出VXI、PXI和LXI，近年來還有從PC外設(shè)總線直接移植作為儀器總線的USB。總線技術(shù)的盛行，讓儀器從此告別了各自為戰(zhàn)，使測試系統(tǒng)和靈活測試系統(tǒng)搭建成為可能，極大提升了電子測試的效率及應(yīng)用領(lǐng)域。

　　幾種現(xiàn)有總線

　　GPIB（General Purpose Interface Bus）總線

　　GPIB在70年代由惠普提出，然后批準(zhǔn)成為IEEE488標(biāo)準(zhǔn)，成為業(yè)界接受的**個程控通用儀器總線。用GPIB總線*多可同時連接14臺設(shè)備。線纜長度*大為2米。由于歷史悠久，GPIB具有*廣泛的軟硬件支持。幾乎所有的獨立儀器都配有GPIB接口。GPIB測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡單，有專為儀器控制所設(shè)計的接口信號和接插件，具有突出的堅固性和可靠性。GPIB適合自動化現(xiàn)有的測試設(shè)備、混合測控系統(tǒng)和特殊要求的專用儀器的系統(tǒng)，缺點是無法提供多臺儀器同步和觸發(fā)的功能，在傳輸大量數(shù)據(jù)時帶寬不足。由于歷史悠久，GPIB總線現(xiàn)在依然活躍在市場上。

　　VXI（VMEbus eXtensions for Instrumentation）總線

　　1987年VXI總線聯(lián)盟（VXIbus

　　Consortium）成立，VXI總線規(guī)范于1992 年9 月17 日被IEEE 標(biāo)準(zhǔn)局批準(zhǔn)為IEEE-1155-1992標(biāo)準(zhǔn)。VXI總線的出現(xiàn)，將**測量與測試應(yīng)用設(shè)備帶入模塊化領(lǐng)域，它擁有穩(wěn)定的電源、強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的RFI/EMI屏蔽。具有結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)（*新的3.0版規(guī)范總線帶寬提高到160Mbit/s）、定時和同步**等特點，適用于組建大、中規(guī)模的自動測量系統(tǒng)和對速度、精度要求高的應(yīng)用場合。單個VXI卡箱*多可擴(kuò)展到13個槽位。VXI現(xiàn)在主要用于大型的ATE系統(tǒng)、航空、航天等國防**領(lǐng)域。

　　PXI總線

　　NI公司為首的PXISA（PXI系統(tǒng)聯(lián)盟）成立于1997年9月，在PXISA誕生的同時，公布了PXI總線標(biāo)準(zhǔn)1.0版本和演示**臺簡單配置的PXI儀器。目前PXI已經(jīng)廣為接受，并且以年均20%的速度快速成長，儼然成為總線技術(shù)的未來領(lǐng)軍者。關(guān)于PXI總線的詳細(xì)內(nèi)容，另文將詳細(xì)介紹。

　　LXI 總線

　　2004年9月成立的以安捷倫公司為首的 LXI 總線聯(lián)合體，2005年發(fā)布LXI標(biāo)準(zhǔn)1.0版本，并推出**批 LXI模塊。LXI總線的基礎(chǔ)設(shè)施是以太網(wǎng)，通過高速以太網(wǎng)實現(xiàn)儀器系統(tǒng)從局域至廣域的全球連網(wǎng)，依靠IEEE1588**定時協(xié)議獲得整個儀器系統(tǒng)的全球定時同步。目的是以簡單、經(jīng)濟(jì)、高速、實用的硬件和軟件構(gòu)建新一代的測試測量系統(tǒng)，代替已使用四十年的IEEE488（或稱GPIB）總線。因為測試測量儀器業(yè)和*終用戶都具有使用互聯(lián)網(wǎng)的熟練經(jīng)驗，對利用以太網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)載體并無異議。但是對于IEEE1588協(xié)議的軟件定時同步存在疑問，因為測試測量儀器業(yè)通用的 GPIB 、VXI 、PXI總線都使用電纜和微帶線的硬線互連方式，獲得準(zhǔn)確的極短的定時同步和延時。

　　USB總線

　　USB（通用串行總線）作為PC機(jī)的外設(shè)總線，由于具有串行傳輸、即插即用、可熱插拔、配置方便、線纜和連接器簡單、兼有直流供電、傳輸率*高480Mb/s、價格大眾化等優(yōu)點而被廣泛使用。測試測量儀器的VXI 、PXI總線都是借助電腦的通用外設(shè)總線擴(kuò)展而成，因為這類總線應(yīng)用面廣、性能價格比高，擴(kuò)大到儀器應(yīng)用具有事半功倍的效益。VXI、PXI 總線的目標(biāo)是實現(xiàn)由模塊儀器組成的通信網(wǎng)絡(luò),它們用于單臺儀器并不具有優(yōu)勢。在單臺測試儀器中，USB 已被供應(yīng)商和用戶認(rèn)可，將PC外設(shè)總線直接用作儀器總線。USB總線特性還在提高，一是無線 USB （WUSB） 標(biāo)準(zhǔn)己經(jīng)通過，將可實現(xiàn)無線纜的儀器互連;二是USB的供電電流將從100 mA 提高到2A，便于更大功耗儀器的供電;三是再提高傳輸率，加快存儲媒體的數(shù)據(jù)交換能力。顯然，USB總線儀器將在中、小測試測量儀器中擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

　　AXIe總線

　　2009 年11月，安捷倫科技有限公司、艾法斯公司和 Test Evolution 公司聯(lián)合成立 AXIe聯(lián)盟，并于2010 年 6 月發(fā)布了 AXIe 1.0 基礎(chǔ)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)和 AXIe 3.1半導(dǎo)體測試擴(kuò)展技術(shù)。關(guān)于AXIe總線，另文詳細(xì)介紹。

　　發(fā)展趨勢

　　近日，安捷倫公司高調(diào)宣布將**進(jìn)軍模塊化領(lǐng)域，并且一次性推出48款模塊化產(chǎn)品，其中包含3種全新的基于AXIe總線的產(chǎn)品及45種PXI總線產(chǎn)品。安捷倫的加入，無疑對模塊化測試市場帶來相當(dāng)大的沖擊，一方面將大幅加快模塊化產(chǎn)品在市場上的推廣力度，另一方面則是對現(xiàn)有眾多模塊化市場的廠商形成巨大的威脅。不管如何，安捷倫的加入從一個側(cè)面也說明了模塊化已經(jīng)成為測試技術(shù)未來發(fā)展的重要趨勢，而模塊化技術(shù)的核心就是高速、可靠和功能強(qiáng)大的各種總線技術(shù)。

　　任何一種總線都有其在行業(yè)內(nèi)獨特的優(yōu)勢，沒有一種總線會**到可以取代其它任何的總線。因此，未來的總線市場不會是單純的誰取代誰。即使號稱兼容PXI和LXI兩大總線的AXIe總線，安捷倫也并不期望它能一統(tǒng)江湖。因應(yīng)技術(shù)的需要，現(xiàn)在的測試儀器和系統(tǒng)經(jīng)常會采用支持多種總線，以發(fā)揮各自總線的優(yōu)勢，特別是在日益復(fù)雜的合成儀器（SI）系統(tǒng)中更是如此。從工程師的角度來看，當(dāng)設(shè)計一個測試系統(tǒng)時，往往需要平衡多方面的因素。現(xiàn)在的產(chǎn)品變得越來越復(fù)雜，對混合信號測試的要求也就越來越高，這樣就需要利用不同總線測試平臺的優(yōu)勢，搭建一個混合的測試系統(tǒng)來滿足測試的需求。