• Стандарт VXI
• Техника
• Программы
• Применение
• Библиотека

Технические средства VXI - типы модулей

Крейты и источники питания
Системные модули
Функциональные модули:
      Измерительные модули
      Мультиплексоры и модули ключей
      Генераторы и источники
      Модули цифрового ввода/вывода.
      Модули специального назначения

Крейты и источники питания.

Большинство фирм-изготовителей VXI продукции выпускает крейты (mainframes) с установленными источниками питания. Раздельно крейты и блоки питания, как правило, не поставляются. Это объясняется весьма сложными испытаниями крейтов, проводимыми в хорошо оснащенных лабораториях. Они включают в себя не только контроль удельной мощности (на каждый модуль) при изменении нагрузки, но и контроль режимов охлаждения при полном и частичном заполнении крейта различными модулями.

В VXI стандарте используются четыре типоразмера плат (А,В,С,D), соответственно существуют и различные размеры крейтов. Для обеспечения конструктивной совместимости снизу вверх имеются специальные переходные адаптеры, позволяющие вставлять и использовать модули меньших размеров в крейтах большего габарита. Так модули размера А могут быть использованы в крейтах всех размеров, модули размера В - в крейтах размеров В,С,D и т.д. Крейты отличаются не только основным размером устанавливаемых плат, но и числом посадочных мест (slot) на магистрали (backplanes). Из большого числа имеющихся на рынке различных вариантов крейтов наиболее часто употребляемые: размер В на 5, 7, 12 и 20 посадочных мест; размер С на 5, 6 и 13 посадочных мест; размер D на 5 и 13 посадочных мест. Некоторые крейты выпускаются в переносном варианте с возможностью питания от аккумуляторной батареи.

Мощность используемых источников питания определяется основным размером устанавливаемых в крейте плат и числом посадочных мест из расчета максимального энергопотребления, указанного в паспорте на каждый модуль VXI. Характерная мощность источников для крейтов размера В от 120W до 570W, размера С - от 350W до 800W. размера D - от 1 000 W до 1 300 W.

к списку модулей

Системные модули

К системным модулям, в первую очередь, относятся командные модули и встроенные компьютеры, осуществляющие управление шиной VXI и синхронизацию работы крейта с внешними устройствами. Возможные варианты реализации встроенных компьютеров приведены в разделе базовых конфигураций. Командные модули и встроенные компьютеры размещаются в крейте в левой позиции (слот 0) и в зависимости от конфигурации занимают от одного до трех посадочных мест. Так например, РС совместимый компьютер фирмы National Instruments серии 599 реализован на процессоре i486DX4, 100MHz, имеет ОЗУ до 16 МВ, встроенный НЖМД до 240 МВ, НГМД 3,5", а также стандартные внешние интерфейсы (последовательный, параллельный, GP-IB, SCSI, SVGA интерфейс), компьютер занимает в крейте размера С два посадочных места. Командные модули занимают одно (для размеров C,D) или два (для размера В) посадочных места. Командный модуль определяет тип интерфейса связи с внешним компьютером (см. раздел "Базовые конфигурации") : последовательный, GP-IB, VXLink или MXI. Например, командный модуль фирмы Hewlett-Packard HP Е1306А для крейта размера В имеет встроенный процессор М68000, 8 MHz. статическое ОЗУ до 2 МВ и интерфейсы связи RS-232 и GP-IB.

К системным модулям могут быть отнесены также модули памяти, такие как HP E1562B - модуль НЖМД со встроенными накопителями 2x2,1 GB (2,5 MB/sec) и двумя портами SCSI-2 для внешних накопителей со скоростью обмена - 16MB/sec или HP Е1488А - модуль статического ОЗУ от 2 до 16 MB с выходом на локальную шину, по который он может использоваться в качестве расширяемой памяти для быстрых аналоговых регистраторов, цифровых осциллографов или сигнальных процессоров, реализованных в стандарте VXI. Подобные модули могут быть реализованы в размерах С или D и занимают в крейте одно или два посадочных места.

Еще одна группа системных модулей, выпускаемых в стандарте VXI - это модули специализированных интерфейсов связи и адаптеров интерфейсов. К ним относятся адаптеры VXI/MXI, GPIB/VXI, а также модули интерфейсов MIL-STD-1553B, ARINC-429, ARINC-629, IRIG и т.п.

к списку модулей

Функциональные модули

Состав функциональных модулей определяет прикладное (функциональное) назначение системы, а также ее технические возможности. Широкий спектр, выпускаемых функциональных модулей в стандарте VXI позволяет разбить их на несколько типовых групп.

Измерительные модули.

 Цифровые мультиметры Наиболее точные и универсальные средства измерений интегрирующего типа - предназначены для измерения напряжения постоянного и переменного тока, а также сопротивлений со средней погрешностью 0,2 %. Мультиметры имеют, как правило, несколько диапазонов измерений, например: 30 mV, 300 mV, 3 V, 30 V, 300 V - для напряжений и от 3 W до 3 GW. При этом максимально достижимая чувствительность по напряжению (на минимальном диапазоне) равна 10 nV и по сопротивлению - 10 mW. В мультиметрах имеется возможность проводить измерения по 2-х, 3-х и 4-х проводным линиям. Мультиметры оснащены обычно режекторными фильтрами на стандартных промышленных частотах 50 Hz, 60 Hz и 400 Hz, а также аппаратно-программными средствами температурной компенсации, автокалибровки и самотестирования. Установка режима и диапазонов измерения осуществляется программно и может оперативно меняться для каждого последующего измерения. Скорость измерений у этих приборов зависит от программно-устанавливаемого времени интегрирования и определяет эффективную разрядность АЦП. Так например, в модуле НР Е1401А полная разрядная сетка АЦП (6,5 десятичных знака) может использоваться при установке времени интегрирования не менее 16,7 ms; минимальное время преобразования (10ms) соответствует разрядной сетке АЦП - 3,5 десятичных знака. Для обеспечения многоканальных измерений с мультиметрами используются внешние специализированные измери-тельные мультиплексоры, о которых будет сказано ниже. Мультиметры реализуются в модулях размеров B,C,D и занимают, как правило, одно посадочное место.

 Аналого-цифровые преобразователи. Использование увеличенного размера плат позволяет реализовать в стандарте VXI, в отличие от VME, многоканальные (от 4 до 64 встроенных каналов) АЦП с достаточно высокими разрешением (16 бит) и скоростью преобразования до 400 kHz, а также с индивидуально программируемыми встроенными усилителя-ми и фильтрами ( модули фирм ANALOGIC - DBS 8700,8701 и Hewlett-Pakcard - НР Е1313А, НР Е1413А). Эти модули средней производительности реализуются в размерах В и С. На рис. 8 представлена блок-схема 64-канального сканирующего АЦП НР Е1313А/Е1413А со скоростью преобразования 100 kHz.. Модуль имеет восемь 8-канальных интеллектуальных кондиционера входных сигналов (SCP).

Встроенные модули SCP имеют 5 модификаций исполнения,предназначенных для различных типов датчиков и сигналов. Среди них есть специализированные SCP для подключения термопар, терморезисторов, тензодатчиков и других первичных преобразователей с малыми уровнями сигналов, включаемых по 2-х проводной, полумостовой или мостовой схеме. Можно выбрать модуль SCP для измерения двуполярных сигналов с диапазонами от 62,5 mV до 16 V. Кроме того есть варианты фиксированных или программно-изменяемых усилителей и фильтров. Выбирая различные платы SCP, пользователь может самосто-ятельно конфигурировать 64-канальный сканер на конкретную схему измерений. Платы SCP вставляются в модуле в специальные посадочные места (мезонины), размещенные на базовой плате.
На базовой плате модуля размещаются 64-канальный полупроводниковый мультиплексор и 16-битовый АЦП. Индивидуальная программная настройка каждого канала, тестирование и калибровка модуля осуществляется под управлением сигнального процессора (DSP) с программой калибровки (CAL). Для хранения промежуточных результатов измерений в модуле имеется буферная память типа FIFO на 64 Кслов. Текущие значения режимов и диапазонов измерений по всем каналам хранятся в специальных таблицах (Current Value Table) и используются для диагностики и тестирования модуля в режиме on-line.

Дигитайзеры и осциллографы. Для регистрации быстропротекающих процессов в стандарте VXI используются высокоскоростные дигитайзеры и цифровые осциллографы с частотой измерения от 10 MHz до 1 GHz и разрешением соответственно от 18 до 8 бит и числом параллельных каналов - 2 или 4. Эти модули оснащены обычно встроенной буферной памятью, которая может быть расширена до 16 MB с помощью модулей памяти, подключаемых к измерительному блоку по локальной шине VXI. Дигитайзеры и осциллографы могут использоваться самостоятельно или совместно с модулем сигнального процессора (НР Е1485В) для получения, например, спектров в реальном масштабе времени с числом отсчетов Фурье преобразования -1024 за время не более 2 ms. В качестве примера такого дигитайзера, имеющего выход на локальную шину, можно привести модуль НР Е1429В. Модуль имеет два параллельных измерительных канала с дифференциальным входом, усилителем/аттенюатором, 12-битовым АЦП и буферной памятью 512 Кслов на каждый канал. Максимальная скорость регистрации - 20 Мслов/с на канал. Подобные модули выполняются только в размерах С и D.

Счетчики и таймеры В стандарте VXI реализуются обычно универсальные измерители числа импульсов и временных интервалов с диапазоном измерений от 0,001 Hz до 2,5 GHz с несколькими поддиапазонами и разрешением по времени - до 200 ps. Как правило, эти модули выполняются с малым числом встроенных каналов - до 8. Основным их преимуществом является высокая степень универсальности. Модуль фирмы Tektronix VX4223, например, может фиксировать не только число импульсов, но измерять частоту, период, временные интервалы между заданными уровнями сигнала, фазы между двумя сигналами. Эти модули выпускаются с размерами плат B,C и D.
Генераторы и источники электрических сигналов.В эту группу модулей входят цифро-аналоговые преобразователи, функциональные генераторы, генераторы импульсов.

Цифро-аналоговые преобразователи. В ЦАП стандарта VXI используются 16-ти битовые цифро-аналоговые преобразователи с двуполярным вольтовым или токовым выходом с гальванической развязкой. Число независимых выходов у разных модулей различается: от 4-х до 12-ти в одном модуле. 12-канальный ЦАП производства фирмы Tektronix X4730 имеет вольтовый выходной сигнал ±16,3835 V c разрешением 500 mV и током нагрузки 410 mA по каждому каналу. Имеется возможность записи кода с шины VXI в двоичном или ASCII формате со скоростью 250 KB/sec. Модули ЦАП выпускаются в размерах В и С.

к списку модулей

Генераторы и источники электрических сигналов.

Функциональные генераторы Служат для задания на объекте испытаний тестовых сигналов различной формы и периодичности. Среди них имеются модули генерирующие стандартные периодические сигналы (синусоидальные, прямоугольные,треугольные, пилообразные, импульсные,) или случайные сигналы с программно-изменяемыми формой и параметрами. Примером такого прибора может служить модуль НР Е1440А, имеющий частотный диапазон выходных сигналов от 1 mHz до 21 MHz с амплитудой ±10 V и разрешением 11 бит.
Другой тип модулей этой группы - генераторы сигналов произвольной формы с возможностью программной генерации желаемых сигналов периодического или одноразового характера.

Кроме того, среди этих модулей имеются суммирующие усилители, позволяющие получить на выходе суммарное значение двух сигналов с выходов функционального генератора с усилением по мощности до 10 W. Модули функциональных генераторов выпускаются в размерах C и D.

Генераторы импульсов. Данные модули в стандарте VXI также достаточно универсальны и могут использоваться в качестве собственно генератора импульсов,генратора прямоугольных сигналов, генератора тактовой частоты и синхронизации, а также триггерного запуска других устройств в заданные интервалы времени. Таких модулей выпускается немного, их характеристики примерно одинаковы и имеют следующие усредненные значения:

 диапазон изменения периода - от 50 ns до 1 s;
 диапазон изменения длительности импульса - от 25 ns до 1 s;
 амплитуда выходного сигнала - ±10 V;
 разрешение по времени - 15 ns.

К этим модулям в качестве дополнения выпускаются усилители и расширители числа каналов до 6 в одном модуле. Модули реализованы в размерах В и С.

к списку модулей

Модули цифрового ввода/вывода.

Типы выпускаемых в стандарте VXI модулей цифрового ввода/вывода вполне удовлетворяют большинству задач и требований, встречающихся в практике автоматизации испытаний и исследований. Группу этих модулей можно разделить на модули с низким уровнем входных/выходных сигналов (TTL, CMOS) с двух и трехуровневым состоянием и модули с повышенным уровнем входных/выходных сигналов (до 48 V), используемых обычно для управления внешними реле и ввода информации типа "включено/выключено" с контактов внешних реле и концевых выключателей.

 Модули с низким уровнем сигналов Как правило, эти модули имеют оптоизоляцию и байтовую организацию двунаправленного обмена логической информацией с внешними цифровыми устройствами. Некоторые модули имеют буферную векторную память (обычно 64 Кслов), например модуль НР Е1452А. Число разрядов ввода/вывода составляет от 32 (4 байта) до 96 (12 байтов).Типовая частота обмена по внешним портам у различных модулей - от 90 KHz до 20 MHz. Существенным преимуществом подобных модулей в стандарте VXI является высокая степень программной настройки на текущую конфигурацию. Например, задание направления обмена и полярности сигналов для каждого байта индивидуально, обмен в двоичном или восьмеричном ASCII коде, организация различных протоколов обмена типа "handshake", наложение масок, настройка прерываний и т.п. Модули выпускаются в размерах В и С.

Модули с повышенным уровнем сигналов Модули этого класса выпускаются раздельно для ввода или вывода информации типа "да/нет".

Входные модули имеют оптоизоляцию и могут использоваться как для анализа двоичного состояния внешних устройств, так и для ввода прерываний от внешних объектов с возможностью программного маскирования. С помощью перемычек на модуле можно устанавливать уровень напряжения входных сигналов: 5V, 12V, 24V или 48V. Программно можно задавать длительность входных импульсных и потенциальных сигналов в пределах от 100 ms до 1024 s, что весьма удобно в работе с различными источниками прерываний и устройствами, имеющими "дребезг" при переключении из одного состояния в другое. Типичное время ввода информации во входные регистры модуля - 1 ms. Типичное число каналов - 32 (для модулей размера В) и 64 - для модулей размера С.

Выходные модули реализуются обычно по схеме с открытым коллектором и могут иметь уровни выходных напряжений 5, 12, 24 или 32 V зависимости от установленной перемычки на плате модуля. При этом для напряжения 32V обеспечивается токовая нагрузка до 200 mA на канал. Число каналов у таких модулей может достигать 72-х. Модули выпускаются в рамерах В и С.

к списку модулей

Мультиплексоры и модули ключей.

Пожалуй самый широкий выбор модулей в стандарте VXI имеет данная группа. Это не случайно, так как качество многоканальных измерений в большой степени определяется техническими возможностями используемых мульти-плексоров. Различные способы измерений предъявляют различные требования к коммутирующим устройствам. В зависимости от схемы и задач измерений могут потребоваться однопроводные, двухпроводные, трехпроводные, четырехпроводные или матричные мультиплексоры. Кроме того, оптимальный выбор мультиплексора зависит от таких его характеристик как: скорость переключения, падение напряжения на замкнутых контактах, максимальное напряжение переключения и т.п. На рынке VXI различными фирмами выпускается более 100 типов таких модулей. Чтобы составить общее представление о них, рассмотрим несколько подробнее основные характеристики этой группы модулей на примере продукции фирмы Hewlett-Packard.

Мультиплексоры общего применения используются в большинстве задач многоканальных измерений для сигналов различных уровней и типов. Эти модули могут быть двух видов: релейные и полупроводниковые.

Релейные мультиплексоры используются, как правило, для высокопрецизионных измерений сигналов низкого уровня ( от единиц микровольт до десятков милливольт), так как обладают низким падением напряжения на замкнутых контактах (менее 4 mV) и стабильным сопротивлением "сухого" контакта коммутируемых элементов. Однако гарантированное время переключение релейных элементов составляет порядка 3-4 ms, что не позволяет использовать их для высокоскоростного сканирования измерительных каналов. В зависимости от типа релейные мультиплексоры могут коммутировать сигналы напряжением 250V, 220V или 120V и током до 50 mA. Среди релейных мультиплексоров выделяются специализированные, предназначенные для измерений температур (с термокомпенсацией холодного спая и термостабилизацией сопротивления контактов) и для тензометрии (по схеме с полным мостом) под стандартные значения тензорезисторов (120W или 350W). Мультиплексоры, предназначенные для измерения температур и других физических величин с малым уровнем сигналов реализованы по 3-х проводной схеме измерений типа H-L-G, обеспечивающей выравнивание потенциала измерительной цепи с потенциалом источника сигнала (датчика) для каждого канала индивидуально. Типовые релейные мультиплексоры, реализованные по 4-х проводной мостовой схеме имеют обычно 8 каналов в одном модуле, модули с 3-х проводной схемой - 16 каналов, однопроводные - 32, 48 или 64 канала. Имеются комбинированные модули (например НР Е1460А), которые в зависимости от подключения могут использоваться в разных вариантах: как 128-ми канальный однопроводный мультиплексор, 64-х канальный двухпроводный или 32-х канальный трехпроводный мультиплексор.

Полупроводниковые мультиплексоры также реализуют различные измерительные схемы и имеют модификации для измерения температур и тензометрии. Отличаются они от релейных более высоким быстродействием (до единиц микросекунд), однако имеют более высокое падение напряжения в замкнутой измерительной цепи (до 25 mV) и меньшее напряжение коммутируемых сигналов - 16V - 60V.

Релейные и полупроводниковые мультиплексоры имеют специальную, стандартную для VXI аналоговую шину для подключения к измерительному блоку (например к мультиметру), позволяющую каскадировать до 16-ти мультиплексоров в одну сканирующую систему. Данные модули реализуются в размерах В и С.

RF-мультиплексоры и переключатели. Эта группа модулей ис-пользуется в системах радиоизмерений сигналов с частотным диапазоном до 1,3 GHz (мультиплексоры) и переключения микроволновых сигналов с диапазоном до 26,5 GHz (микроволновые перключатели). В мультиплексорах размера В реализуются обычно два 4-х канальных мультиплексора, в модулях размера С - шесть 4-х канальных. Они выпускаются в двух вариантах: на согласованное волновое сопротивление 50 W или 75 W. Такие мультиплексоры используются в измерительных схемах совместно с цифровыми осциллографами и высокоскоростными АЦП. Микроволновые переключатели обеспечивают высококачественную коммутацию и передачу радиосигналов с программной установкой коэфициентов делителей (аттенюаторов) входных сигналов. RF-переключатели реализуются в размере В.

Матричные переключатели. Подобные модули применяются в качестве программируемых средств коммутации в многоканальных системах связи, АТС и системах диспетчеризации. Модули данного типа различаются размером коммутационной матрицы и типом используемых элементов (реле или полупроводниковые ключи). Кроме того, имеются модули с жесткой конфигурацией (например модули НР Е1465А -релейная матрица 16х16 двухпроводных каналов, НР Е1466А -релейная матрица 4х64 двухпроводных каналов, НР Е1467А - матрица 8х32 двухпроводных каналов) или модули с перестраиваемой структурой (модуль НР Е1361А - матрица 2х4 двухпроводных каналов или матрица 4х4 однопроводных каналов). Релейные матричные переключатели расчитаны обычно на коммутацию цепей с напряжением до 250V и током до 1А. Полупроводниковые матрицы имеют гибкую структуру, допускающую оперативное изменение конфигурации модуля. Например модуль НР Z2466А может использоваться как четыре однопроводных матрицы 4х16 или как одна матрица 8х32, 4х64 или 16х16. Максимальное напряжение коммутируемых цепей - 60V, ток - 200mA. Модули матричных переключателей выпускаются в размерах В и С.

Модули силовых ключей. Эти модули используются обычно для управления внешними реле и пускателями. Модули этого типа также реализуются в двух модификациях: на основе реле или на основе полупроводниковых ключей и различаются числом каналов и электричес-кими характеристиками коммутируемых цепей. Модули релейных ключей имеют 16, 32 или 64 выходных канала управления с напряжением коммутируемых цепей 250V или 150V и током 1А или 5А.Более быстродействующие, полупроводниковые ключи имеют 32 или 64 канала и расчитаны на напряжение 250V или 120V. Типовое значение тока нагрузки для них - 0,6А, однако в некоторых модулях (НР Z2468А) при уменьшении числа используемых каналов можно увеличивать ток в выходной цепи до 5 или 8А. Модули ключей выпускаются также в рамерах В и С.

к списку модулей

Модули специального назначения.

Эти модули специфичного применения выпускаются производителями, как правило, по специальному заказу в малых сериях, но имеют достаточно широкую номенклатуру. Их функции ориентированы на весьма узкие области использования и имеют уникальные технические характеристики. Среди них можно отметить модули для многоканальных виброакустических испытаний (фирмы Bruel&Kjaer, HP); измерители мощности радиосигналов, модули тестирования электрических и оптических линий связи в системах телекоммуникаций, многоканальные компараторы, модули управления шаговыми двигателями (Tektronix, HP); высокочастотные аттенюаторы и усилители (CAL-AV Labs), регистраторы быстроменяющихся сигналов (Kinetic Systems Corp.) и др. Для этой группы модулей используются все типоразмеры плат VXI.

к списку модулей