检测技术6.ppt

1 第四章测控总线技术 一 采用标准总线的优越性 简化系统设计 能得到多厂家的支持 便于组织生产 便于产品的更新换代 可维护性好 经济性好 2 二 总线的发展历史 计算机总线 S 100 IEEE696 MultibusI IEEEP959 MultibusII IEEEP1296 VME IEEEP1014 PCbus IEEEP996 PCI 3 测控总线 STD IEEEP961 CAMAC IEEE583 RTP GPIB IEEEP488 VXI VMEbuseXtensionforInstrumentation PXI PCIbuseXtensionsforInstrumentationissuedbyNI1997 4 串行总线 RS 485 Bitbus IEEEP1118 MIL STD 1553B FIELDBUS CAN ControlAreaNetwork USB UniversalSerialBus通用串行总线 IEEE1394a b Firewire LXI LANeXtensionsforInstrumentation2005 5 三 测控系统对总线的要求 能适应种类繁多的输入 输出信号的要求能适应不同的应用对总线的不同要求 如总线的宽度和总线的传输速度 对电磁兼容性和可靠性的要求很高 即插即用 plug play 有些系统还要求有热插拔能力 即带电插拔 6 四 常见的总线标准的性能比较 4 1并行总线 7 4 2串行总线 8 仪器的发展 1972年 美国惠普公司提出HB IB总线 后来HB IB总线演变为今天的GPIB GeneralPurposeInterfaceBus 总线 优势 测量频率范围宽精度高功能强大 四十多年的历史缺点 需要专门的GPIB插卡仪器间通信速度慢 最大传输速率1Mb s 有效传输距离小 小于20m 体积重量大 9 仪器的发展 1992年 VXI总线规范成为IEEE标准 即IEEESTD1155 1992 优势 具有开放式的系统结构高可靠性和高数据吞吐量缺点 要求具有专门的VXI机箱至少一个零槽控制器专门的通讯电缆体积重量大 成本高1998年成立了PXI系统联盟 推广PXI总线在仪器领域的应用 PXI具有32 64位数据传输能力及高达132Mbytes s和264Mbytes s数据传输速度 然而PXI总线仪器的功能覆盖面有限 其仪器种类少 很多大厂商对PXI持保留态度 10 合成仪器技术 基于嵌入式系统 DSP 硬件模块化 ADC DAC RF 可硬件重构具有硬件编程能力软件编程更加方便合成的仪器性能高 11 合成仪器的结构框图 12 五 VXI总线规范简介 引言 VXI总线是VMEbusExtensionforInstrumentation的缩写 即 用于仪器的VME总线的扩展总线 制定VXI总线标准的目的是 在VME总线的基础上 定义一个对所有厂家开放并与目前工业标准兼容的模块仪器标准 VXI总线产生的背景 13 VXI总线简介 计算机总线 VME 数据通讯中断扩展总线同步触发电气规范 机械规范 电磁兼容 14 VXI总线模块在VME总线的基础上增加C型和D型总线模块 VXI总线模板尺寸 15 VXI总线子系统 P1连接器定义 VME计算机总线P2连接器定义 VXI扩展总线P3连接器定义 VXI扩展总线 16 电气规范P1连接器P1连接器与VME总线规范相同 VXI总线子系统P2连接器VXI总线子系统总线定义P2连接器外面两排的引脚供仪器使用 中间一排引脚仍与VME总线规范相同 17 VXI总线子系统总线由定义为0槽的系统资源模块和多达12个相邻模块所组成 它在P2连接器的外面两排的引脚上定义了以下内容 CLK1010MHz的差分时钟 ECLTRG0 ECLTRG1两条并行ECL触发线 TTLTRG 0 78条并行触发线 MODID模块识别线 LBUSA0 11 LBUSC0 11与相邻模块相连的12条由厂家定义的本地总线 SUMBUS50 端接的模拟相加总线 18 VXI总线子系统P3连接器VXI总线为更高性能的仪器又定义了P3连接器 与P2连接器一样 另一种P3引脚的定义可以共存于VXI总线系统中 但是任和一种VXI总线子系统必须存在于相邻的槽中 同样 在P3系统资源的使用中0槽起着独特的作用 如高速时钟和触发程序 P3连接器增加了以下资源 附加的 5V 5 2V 2V 24V和 12V电源 与P2的10MHz时钟同步的100MHz差分时钟 100MHz时钟沿的同步信号 4条附加的ECL触发线 共计6条 24条附加的本地总线 共计36条 用于模块间准确定时的 星形触发线 19 LXI总线产生的背景 以太网是最广泛采用的通信接口 以太网允许多台计算机存取测试网络而不会引起控制器冲突 一般的点对点以太网连接距离可达100m 若用一个网络集线器 hub 则所包围的半径可达200m 一般的以太网可具有100Mb s的传输速率 而且已经有了1Gb s 甚至10Gb s的高速以太网 能够满足传输速度方面的要求 20 LXI总线简介 2005年夏 由安捷仑和VXI科技联合发起LXI联盟 推动LXI规范成为公开的 标准的规范 并且解决测试测量和数据采集领域的相关问题 自从2005年9月1 0版本规范公布以来 很多测试测量领域的领军公司纷纷表示赞成LXI成为测试测量领域的新标准 LXI联盟成立一年时间 加入LXI联盟组织的有四十多个测试测量领域的领军公司 21 LXI总线联盟 22 LXI标准中明确规定 冷却问题机械接口中断处理触发问题多台设备同步软件接口网络路由与切换电磁兼容与射频干扰 EMI RFI LXI标准介绍及特点 23 工业标准 LAN接口快速 廉价 可重用无需专门的接口卡 电缆和机箱IEEE1588定时和触发机制开放的标准标准尺寸半机架或全机架宽 1U 2U或4U高13 16 25英寸深台式仪式的测量性能容易建立产品开发环境 LXI仪器的特点 24 LXI标准的三种主要功能属性 标准化的LAN接口 它可提供Web的接口和编程控制 LAN接口可以是无线或物理连接的接口 接口支持对等操作以及主从操作 基于IEEE1588标准的触发设备 该标准使模块具有准确动作时间 且能经LAN发出触发事件 基于LVDS电气接口的物理线触发系统 它允许通过有线接口互连模块 25 LXI标准 为了满足不同的应用要求 LXI标准定义了三类仪器C类仪器这种设备提供符合LXI标准的LAN和Web浏览器接口 它们既不需要支持物理触发也不需要支持IEEE1588定时要求 这种功能类特别适合用于已适应标准的遗留产品 且也适合不需要提供触发或定时功能的应用场合 这种功能类也可包括使用电池供电或PoE 通过太网供电 的物理上的小型产品 例如传感器 此时结构简单 价格低和尺寸小是设备的主要属性 B类仪器这类设备提供标准的LAN接口并支持IEEE1588定时标准 IEEE1588接口允许设备执行与GPIB等效的触发功能 并且可以得到同样或更高的定时精度 A类仪器这类设备可提供标准的LAN接口 IEEE1588操作接口和物理的线触发接口 线触发提供支持设备间触发事件的标准能力 其定时精度只受电缆和仪器设计的物理限制 这种触发功能完全等效于机箱中模块仪器的背板触发 尽管电缆长度通常大于背板的触发线长度 26 混合多种总线的过渡测试系统结构 27 目前LXI总线研究的焦点问题有 测试系统的网络结构 采用行星连接取代延时大的串行连接 多台设备间的定时与同步 采用IEEE1588协议与硬件触发线结构 软件互操作性及操作系统无关性问题 基于网页的传输与操作 28 IEEE1588简介 PTP precisiontimeprotocol目的 用于分布式网络系统中各个节点间实时时钟同步的协议 29 同步基本原理 同步的基本原理是通过发送和接收含有时间信息的message 并且对每一条message 加盖 时间印章 通过时间记录 接收方就可以计算出自己在网络中的时钟误差和延时 30 31 Step1 32 Step2 33 计算主 M 从 S 间的时间偏差offset MS difference 从接收的时间 主发送的时间 t2 t1其中包含网络传输的延时 MS delay 和两个时钟的偏差 offset 即 MS difference offset MS delay则 时间偏差Offset t2 t1 MS delay为了得到网络传输的延时 要进行以下通讯 34 Step3GetMS delay 35 Step4 36 单向传输延迟的计算 SM difference 主接收的时间 从接收的时间 t4 t3其中包含网络传输的延时 SM delay 和两个时钟的偏差 offset 即 SM difference offset SM delayt4 t3 offset SM delay又 t2 t1 offset MS delay假设 网络的传输延时是对称的 则有SM delay MS delay onewaydelay 37 Weget Offset t2 t1 t4 t3