眾所周知，科技在我們的身邊隨處可見。每天都有一些新的應用方案被發布出來，大部分是在汽車，個人電腦，機械和家庭影院等方面的，這種情況在過去的幾年中是很少存在的。每一年，都有帶有更高性能和更便利的操作性的產品和系統被發布出來，而且它們常常比舊版本擁有更加實惠的價格。

我們的市場主導型經濟的基礎是需要生產人們會愿意購買的新產品。在本質上，科技驅動著市場指導型經濟和很多發展中國家的經濟的發展。

但是，隨著科技的進步，測試技術和他們的發展戰略也是需要改變的。在今天，測試的要求包括了對傳感器的仿真、故障注入、高速數據傳輸和日益增長的準確性的要求。在所有的這些要求都可以實現的前提下，測試吞吐量的需求不斷增加，并且要求擁有更低的費用。但是，這往往是我們的工廠中的一個巨大的難題，這似乎表明了想要繼續跟隨科技的發展來生產產品的前途是多么的令人擔憂。

幸運的是，測試測量的工廠已經開發了一些能夠滿足這些需求的新的解決方案。通常情況下，這些方案都利用到了PXI平臺，這是一個引人注目的靈活的平臺。在過去的十幾年間，在PXI聯盟（PXISA）里有50多個會員持續地創造出一些可以適應最新的科技技術的產品。事實上，在PXI平臺上開發出來的一些獨一無二的測試方案，這在其他的平臺上往往是不可以實現的。

一、 為什么要選擇PXI

PXI平臺的成功在很多方面是顯而易見的。擁有很多供應商，很多產品，還有很多很多成功的應用案例，這些都是主要的原因。除了這些，還有以下的一些理由：

1．軟件方面的選擇

很多可編程的語言，包括實時操作系統（RTOS）和專門的應用軟件像硬件在環仿真（HILS），它們使得PXI變得更加容易；

2．靈活的連接性能

因為只有將硬件連接到被測設備中才會發揮硬件的真正的作用，所以，很多供應商都創造了很多可以相互連接并在PXI平臺能夠順利工作的產品；

3．企業的創造性

在小規格的3U在剛發布的時候（1997年），很多人都會說當這些用到VXI平臺的時候，將會限制了接受的信號的帶寬和密度。慶幸的是，這些反對者是錯的。在單個矩陣中擁有4000到8000個的繼電器，1000V電壓的隔離，還有擁有6GHz信號傳輸功能的射頻設備，在PXI平臺是可以實現的；

4．兼容其他平臺

在很多的例子中，混合測試系統是常見的。因為測試的可用性，測試預算對硬件重復利用的要求，還有外部測試系統的升級等原因，PXI平臺能夠跟其他的環境中的設備順暢地運作；

5．系統集成

一些測試企業已經將PXI平臺作為很多平臺的解決方案，他們有能力PXI加入到更多的成功應用中去。

說了這么多選擇PXI平臺的原因，下面就說說怎么樣利用PXI。因為我們不能都將那些關于PXI平臺的成功的應用的案例都介紹了，所以，現在就來介紹一下專門用在UUT操作環境中的仿真的方案。這就假定了每一個測試系統都是汽車，PC，或者是以UUT結束的系統的模擬。但是，新的應用就需要新的模擬仿真技術，這也是我們想要展現的。

二、 汽車ECU故障注入

1．客戶概況

該客戶是法國的一個處于領先地位的集成商，他們開發和設計多功能的用于汽車和航空航天方面的校驗測試方案。

2．應用需求

最終的用戶要求是用這個測試系統來校驗設計好的電子控制單元（簡寫是ECU，也可以叫做動力系統控制模塊，PCM，或者是發動機控制模塊，ECM）的可靠性。

這個系統的集成商收到的要求是尋找一種更加靈活的、費用又少的專門的硬件在環測試方案。目前有的系統是在國內生產的，使用的是人工來進行故障的模擬仿真。想要注入一個故障，操作員就需要移動接線板上的線纜短接在一起，用力卡住電源電壓線和地線，或者是輸入故障傳感器數據。這樣的方式是非常的慢的，也會導致人為錯誤，而且也是非常昂貴的。鑒于對電子系統故障的擔憂，和追求更低的成本，需要改變設計的策略。

在設計和校驗ECU的過程中，故障模擬是一種實現可靠性和固件校驗的目的而做的預測方式，最終是為了確保駕駛員和乘客的安全。ECU的工作是依靠從很多傳感器中和控制器中傳來的信息來決定怎么樣去對正在工作的器件進行操作。這些傳感器本身一般是工作在極度惡劣的環境中，所以可以斷言，這些傳感器或者彼此之間的連接會出現問題。ECU必須對這些故障和現實中的系統故障做出正確的反應，否則就會引起事故。

這種對系統故障進行測試的想法不是最近才出現的。它是ECU校驗的一個重要的部分，同時包含了系統內部的電子故障的呈現。測試的過程主要是模擬很多種可能因為腐蝕、短路、開路和由于失效、壽命、損壞或者是不正確的安裝而引起的電子故障；

3．解決方案

PXI為硬件在環仿真提供了一個開放的平臺。把多種多樣的來自Pickering Interfaces的可用的硬件和其他供應商的產品組合在一起，可以專門為這個系統提供一個最靈活可調和低費用的方案。模塊化和PXI的開放性使得集成商可以設計一個可以升級的帶有豐富的演變潛力的方案。

圖1、汽車ECU故障注入測試

有很多種PXI的故障注入開關模塊是專門為了協助汽車和航空電子應用而設計的，包括測試關鍵控制器的可靠性的模擬仿真。從上面的圖中，你可以看到在這個測試方案中，故障注入模塊是怎么樣進行工作的。這些開關模塊是為了選擇在固定裝置和UUT之間的故障的狀態的路徑。這些故障包括了在UUT連接器開路、短路，和跟其他信號如電源、點火和地線之間的短路。串行總線故障也可以通過電流來注入。

其他的模擬仿真系統也是可以商用的。但是，它們的特點就是與其他的供應商的產品不兼容，同時也是非常昂貴的。

另外，每一個供應商提供的PXI產品必須為RTOS提供軟件驅動，這是硬件在環模擬的關鍵要求。RTOS的這個主要的緣由是測試的確定性：UUT的反饋，特別是安全方面，必須在準確的時間里確保乘客的安全。

這個方案是在3U的機箱中使用的。來自我們Pickering Interfaces的模塊產品包含了24個用來選擇故障注入信號的模塊（一個模塊是40A電流的開關40-191，22個模塊是20A的，另一個是2A的模塊），外加上用來模擬傳感器的程控電阻模塊。

由于PXI是一個開放的平臺，所以其他的供應商提供的模塊是兼容的，包含了FPGA功能和CAN/LIN通訊協議。除了擁有費用和靈活性等方面的優點，PXI方案的也提高了測試系統的性能，并且相對于原先的系統的線路更加整潔了。

三、 衛星負載測試

1．客戶概況

客戶是一個提供一些包括地球觀測、科學和通訊等應用方面的空間業務的主導地位的公司。這個公司設計、生產和操作高性能的衛星和地面系統，這些是跟空間任務有聯系的一部分的業務。

2．應用需求

衛星負載系統測試主要是為了以下幾個目的。第一，由于硬件是非常昂貴的，并且要進行很多的測試。第二，在發射之后出現一個故障的話，維修是非常困難的，而且，想要把衛星回收進行維修是不可能的。

衛星系統和負載系統是非常復雜的，它們由很多個多種功能的子系統組成的。傳統的衛星開發生產工作是按照一定流程來的：先是描述所有的東西，設計說明書，測試原型，然后就組裝和校驗飛行單元。這樣的生產流程是非常的消耗時間的，不適合快速的完成，所以為了節省費用，就必須要設計一種靈活的方案。

模擬技術的使用，可以節省時間和費用。使用COTS（CheckOut Test Set）部件和標準的工具，一個子系統的模擬器可以進項開發和測試，而不用做成一個飛行水平的設備，這樣做往往只需要比較低的費用就可以了。

下面是這個項目的主要的兩個優點：

這樣的設計遠遠地超過了主要產品的開發階段，這就允許在一開始的階段就對內部的問題進行檢查和解決，同時是減少了對于飛行設備的重啟的費用；

接口的模擬仿真器可以用來進行系統集成測試，這就超乎想象地解決了校驗和子系統的集成方面的難題。這個特別是在一個很大的系統中的一個小系統是外包給其他供應商的情況下是非常有效的。不像硬件一樣，這個模擬仿真器是開放的。

3．解決方案

當把這個最新的模擬仿真設備的硬件介紹給客戶的時候，客戶并不選擇把它放在曾經的工具和方案上。而是，在現有的預算的范圍內選擇了可用的，也存在可能的、可以看得到的工程方案。

這個方案最終是基于PXI基礎的硬件，Pickering Interfaces也作為一個主要的供應商?？蛻暨x擇我們這個方案的理由是：“這個方案滿足了我們的設備的要求，而不是我們的設備去遷就這個方案”。

考慮到熱控制系統是監控衛星內部的主要的溫度的，所以就需要用到PXI高密度高精度的電阻模塊。六個模塊是用來仿真36個航空水平的溫度范圍在-80℃到+55℃電熱調節器。這些PXI的高精度電阻模塊，是商業上可用的并且可以覆蓋這些電熱調解氣的模擬仿真范圍要求的方案。

除了高精度電阻模塊，Pickering Interfaces也提供了用于信號和高功率的開關卡，帶隔離的電源卡，還有MIL-STD-1553總線分析儀模塊。開關模塊的主要的功能是將接口路徑隔離，模擬射頻開關的反饋和分配通過多個路徑的負載通道。

四、 柴油發動機溫度模擬仿真

1．客戶概況

客戶是世界上的一個大型柴油機的市場主導者，他們生產的產品是用在輪船或者是一些大功率的場所。部分的發動機是為一種新型的幾乎是世界上最大的貨運輪船提供的。

2．應用需求

這些在海上航行的大型的柴油發動機中的控制器需要配有很多用于檢測發動機是否正常運行的傳感器。這主要是因為發動機蓋的偏移，這就意味著需要用很多傳感器來確保發動機工作在合適的范圍內，然后能夠迅速地找到溫度過高的點。如果想要拿到一個實體的發動機來進行測試的話是比較難的，況且想要達到工作的溫度的話在時間方面而言也是比較困難的。傳感器的模擬方案提供了一種并不需要實體發動機在手的一種實惠的測試方法。

圖2、超大功率發動機

這套設備包括了開發了支持40000kW的功率的柴油發動機的ECU，40000kW可是相當于55000馬力。除了其他的的ECU測試，有一個要求是需要模擬仿真PT100溫度傳感器的144個通道。這些傳感器是RTDs而不是熱電偶。溫度的范圍是-20℃到+250℃，這等效于電阻范圍是92.160342Ω到194.074250Ω。同時也需要很高的精度，在-20℃的時候是±0.11℃（等效于±43mΩ）和在250℃的時候是誤差±0.65℃（相當于220mΩ）。

客戶的最初的模擬傳感器的方法是手動操作的。里面包含了288個電位計，包含粗調和微調功能，同時還有144個用來進行短路操作的開關，外帶144個用來進行模擬傳感器的連接器的開路的情況的開關。所有的這些東西都是手動控制的。這就明顯需要自動操作，還有就是提高性能和可重復性。

3．解決方案

由于在PXI平臺上已經有很多可以進行測試測量和模擬仿真的模塊，還有要求的是要支持RTOS實時操作系統軟件，PXI自然而然就成為了這個新的產品設計中選擇的平臺。

這個方案開發的是用在一個3U插槽中的支持6通道的RTD模擬仿真，或者是在兩個插槽中支持18個通道。根據現有的設計原則，這個模塊提供的2mΩ的分辨率和在所有通道上有低于0.1%的精度。每一個模擬仿真通道可以提供一個開路或者是短路的功能，這用來模擬傳感器的連接的錯誤。另外，每一個傳感器通道的校準是可以通過連接模塊的校準接口道一個高性能萬用表上來完成。電阻的簡潔的應用使得編程變成簡單，通過API函數來將在實際中應用的發動機上的傳感器的溫度轉換為電阻。

最終的產品是一種可以高性能地模擬PT100或者是PT1000 RTDs的廉價的方案。容納在16個PXI 3U插槽中的8個模塊就可以模擬PT100傳感器的144個通道。

五、總結

在這三個應用中，表明了PXI產品可以模擬很多應用中的需要的信號，包括消費者、運輸工具和航天器。PXI擁有高密度，這個可以使得系統測試可以在測試平臺上就可以進行，同時也可以完美地滿足客戶的需求，還支持一些特殊的類似RTOS這樣的環境。

關于作者

Shaun Fuller，是Pickering Interface 的開關模塊產品的經理，擁有20年的相關方面的工作經驗。

Bob Stasonis，是Pickering Interface的美國和亞洲地區的銷售主管，在過去的30年間，Bob 一直從事相關方面的工作，同時也擔任過PXI聯盟（PXISA）的主席，在LXI應用領域也有所建樹。

鄭南潤，本文譯者，Pickering Interface中國一級代理廣州虹科電子科技有限公司的區域經理，主要負責測試測量領域中的Pickering Interface產品在中國華南區的技術與銷售服務。

聲明：

本文是經作者授權后進行翻譯形成的，目的是讓更多的工程師或者用戶了解到PXI領域的應用案例，幫助他們設計更加便捷、高效和低成本的方案。如果文中的描述存在不妥之處，歡迎各位讀者及時指出。