PXI
PXI的平臺不僅具有類似VXI的開放架構與堅固的機構外型，更由于其設計了一連串適合儀器開發所用的同步信號，而使得PXI更適合作為量測與測試自動化的平臺。
一個PXI系統由幾項組件組：一個機箱、一個PXI背板、系統控制器以及數個外設模塊。在此以一個高度為3U的八槽PXI系統為例，如圖1所示。系統控制器，也就是CPU模塊，位于機箱的左邊第一槽，其左方預留了三個擴充槽位給系統控制器使用，以便插入因功能復雜而體積較大的系統卡。由第二槽開始至第八槽稱為外設槽，可以讓用戶依照本身的需求而插上不同的儀器模塊。其中第二槽又可稱為星形觸發控制器槽，其特殊的功能將于后面的文章中說明。

圖1  典型3U高度的PXI系統架構。
背板上的P1接插件上有32-bit PCI信號，P2接插件上則有64-bit PCI信號以及PXI特殊信號。
PXI的信號包含了以下幾種(見圖2)。

圖2  PXI信號架構
10MHz參考時鐘
PXI規格定義了一個低歪斜的10MHz參考時鐘。此參考時鐘位于背板上，并且分布至每一個外設槽，其特色是由時鐘源開始至每一槽的布線長度都是等長的，因此每一外設槽所接受的clock都是同一相位的，這對多個儀器模塊的同步來說是一個很方便的時鐘來源?；镜?0MHz參考時鐘架構如圖3所示。

圖3 PXI 10MHz參考時鐘架構
局部總線
在每一個外設槽上，PXI定義了局部總線以及連接其相鄰的左方及右方外設槽，左方或右方局部總線各有13條，這個總線除了可以傳送數字信號外，也允許傳送模擬信號。比如說3號外設槽上有左方局部總線，可以與2號外設槽上的右方局部總線連接，而3號外設槽上的右方局部總線，則與4號外設槽上的左方總線連接。而外設槽3號上的左方局部總線與右方局部總線在背板上是不互相連接的，除非插在3號外設槽的儀器模塊將這兩方信號連接起來。局部總線架構如圖4所示。

圖4 PXI局部總線架構
星形觸發
前面說到外設槽2號的左方局部總線在PXI的定義下，實被作為另一種特殊的信號，叫做星形觸發。這13條星形觸發線被依序分別連接到另外的13個外設槽（如果背板支持到另外13個外設槽的話），且彼此的走線長度都是等長的。也就是說，若在2號外設槽上同一時間在這13條星形觸發在線送出觸發信號，那么其它儀器模塊都會在同一時間收到觸發信號（因為每一條觸發信號的延遲時間都相同）。也因為這一項特殊的觸發功能只有在外設槽2號上才有，因此定義了外設槽2號叫做星形觸發控制器槽（見圖5）。

圖5 PXI Star Trigger架構
觸發總線
觸發總線共有8條線，在背板上從系統槽(Slot 1)連接到其余的外設槽，為所有插在PXI背板上的儀器模塊提供了一個共享的溝通管道。這個8-bit寬度的總線可以讓多個儀器模塊之間傳送時鐘信號、觸發信號以及特訂的傳送協議。

PXI儀器模塊的同步應用
目前各家儀器模塊廠商所能提供的PXI儀器模塊，已經達到數百種可以選擇，而不同種類的儀器也有不同的連接架構與方法。在此我們將以應用實例來說明如何利用PXI特有的信號，來達成同步的要求。
某種檢測設備用來探測待測物體的結構，這種設備具有八個傳感器，用來感應待測物體所傳回的信息，并且以模擬信號送出其結果，其信號頻率在7.5MHz左右。由于這八個信號互相有時間上的關系，因此當我們量測這八個傳感器信號時必須要同一時間開始采集，并且采樣時鐘要同一相位，否則運算的結果會有誤差。另外此檢測設備在傳感器開始傳送信號時，同時會有數字觸發信號輸出，其數字與模擬信號關系如圖6所示。

圖6  檢測設備的輸出時序圖
面對前述的量測需求，我們必須選擇一個合適的量測模塊，才能達到系統的要求。首先傳感器所回傳的信號頻率為7.5MHz，因此根據奈氏采樣定理，量測模塊的采樣頻率必須在15MHz以上，且模塊本身的輸入頻寬必須比7.5MHz高許多，才不會造成輸入信號的衰減。綜觀以上條件，我們選擇凌華科技推出的PXI-9820作為量測模塊。PXI-9820為一高速的數據采集模塊，本身具有兩個采樣通道，其采樣率高達65MS/s，前級模擬輸入頻寬高達30MHz。另外PXI-9820本身配有鎖相環電路(PLL)，可以對外界的參考時鐘進行相位鎖定。PXI-9820也可通過PXI的Star Trigger，對其余13個外設槽傳送高度精密的觸發信號。因此PXI-9820十分適合用在這一個應用里。
有了適合的量測模塊之后，我們要開始規劃如何進行量測。首先，由于共有八個傳感器需要進行量測，而一個PXI-9820只有兩個采樣通道，因此我們需要四片PXI-9820。其次量測規格要求各通道采樣的相位要相同，因此每一張量測模塊的時鐘必須進行同步。由于每一片PXI-9820本身有板載采樣時鐘，因此其時鐘無法保證都同相位。我們利用PXI背板所提供的10MHz參考時鐘作為PXI-9820的外界參考時鐘輸入，利用PXI-9820本身的鎖相回路電路進行時鐘的相位鎖定。圖7是各片儀器模塊的采樣時鐘不同步的情況。圖8則為經過PLL鎖相之后的時鐘結果。

圖7  不同步的采樣時鐘

圖8  同步的采樣時鐘
最后，由于檢測設備在開始傳送傳感器的模擬數據時，會一并送出數字觸發信號，我們將此觸發信號當作每一片PXI-9820的觸發條件。不過如何讓這一個觸發信號能精確的同時到達每一張PXI-9820呢?我們將其中一張PXI-9820插入星形觸發控制器槽位，利用這一槽特有的星形觸發，傳送給其余的三張PXI-9820以達到最精確的觸發時間。

結語
利用PXI儀器模塊與PXI平臺作為量測與測試平臺，不僅可以充分利用PCI的高速傳輸特性，以及繼承用戶原本就已熟悉的軟件平臺，更可以利用PXI所提供的觸發信號來完成更精密的同步功能。全球各地的PXI開發廠商更為用戶提供了數百種的量測測試儀器模塊，讓用戶可以以最方便、快速及經濟的方式完成適合本身應用的PXI系統。本文說明了PXI信號，并且以一簡單的例子說明如何以PXI信號進行儀器模塊之間的同步。