PXI在测试测量领域的应用案例

众所周知，科技在我们的身边随处可见。每天都有一些新的应用方案被发布出来，大部分是在汽车，个人电脑，机械和家庭影院等方面的，这种情况在过去的几年中是很少存在的。每一年，都有带有更高性能和更便利的操作性的产品和系统被发布出来，而且它们常常比旧版本拥有更加实惠的价格。

我们的市场主导型经济的基础是需要生产人们会愿意购买的新产品。在本质上，科技驱动着市场指导型经济和很多发展中国家的经济的发展。

但是，随着科技的进步，测试技术和他们的发展战略也是需要改变的。在今天，测试的要求包括了对传感器的仿真、故障注入、高速数据传输和日益增长的准确性的要求。在所有的这些要求都可以实现的前提下，测试吞吐量的需求不断增加，并且要求拥有更低的费用。但是，这往往是我们的工厂中的一个巨大的难题，这似乎表明了想要继续跟随科技的发展来生产产品的前途是多么的令人担忧。

幸运的是，测试测量的工厂已经开发了一些能够满足这些需求的新的解决方案。通常情况下，这些方案都利用到了PXI平台，这是一个引人注目的灵活的平台。在过去的十几年间，在PXI联盟（PXISA）里有50多个会员持续地创造出一些可以适应最新的科技技术的产品。事实上，在PXI平台上开发出来的一些独一无二的测试方案，这在其他的平台上往往是不可以实现的。

一、 为什么要选择PXI

PXI平台的成功在很多方面是显而易见的。拥有很多供应商，很多产品，还有很多很多成功的应用案例，这些都是主要的原因。除了这些，还有以下的一些理由：

1．软件方面的选择

很多可编程的语言，包括实时操作系统（RTOS）和专门的应用软件像硬件在环仿真（HILS），它们使得PXI变得更加容易；

2．灵活的连接性能

因为只有将硬件连接到被测设备中才会发挥硬件的真正的作用，所以，很多供应商都创造了很多可以相互连接并在PXI平台能够顺利工作的产品；

3．企业的创造性

在小规格的3U在刚发布的时候（1997年），很多人都会说当这些用到VXI平台的时候，将会限制了接受的信号的带宽和密度。庆幸的是，这些反对者是错的。在单个矩阵中拥有4000到8000个的继电器，1000V电压的隔离，还有拥有6GHz信号传输功能的射频设备，在PXI平台是可以实现的；

4．兼容其他平台

在很多的例子中，混合测试系统是常见的。因为测试的可用性，测试预算对硬件重复利用的要求，还有外部测试系统的升级等原因，PXI平台能够跟其他的环境中的设备顺畅地运作；

5．系统集成

一些测试企业已经将PXI平台作为很多平台的解决方案，他们有能力PXI加入到更多的成功应用中去。

说了这么多选择PXI平台的原因，下面就说说怎么样利用PXI。因为我们不能都将那些关于PXI平台的成功的应用的案例都介绍了，所以，现在就来介绍一下专门用在UUT操作环境中的仿真的方案。这就假定了每一个测试系统都是汽车，PC，或者是以UUT结束的系统的模拟。但是，新的应用就需要新的模拟仿真技术，这也是我们想要展现的。

二、 汽车ECU故障注入

1．客户概况

该客户是法国的一个处于领先地位的集成商，他们开发和设计多功能的用于汽车和航空航天方面的校验测试方案。

2．应用需求

最终的用户要求是用这个测试系统来校验设计好的电子控制单元（简写是ECU，也可以叫做动力系统控制模块，PCM，或者是发动机控制模块，ECM）的可靠性。

这个系统的集成商收到的要求是寻找一种更加灵活的、费用又少的专门的硬件在环测试方案。目前有的系统是在国内生产的，使用的是人工来进行故障的模拟仿真。想要注入一个故障，操作员就需要移动接线板上的线缆短接在一起，用力卡住电源电压线和地线，或者是输入故障传感器数据。这样的方式是非常的慢的，也会导致人为错误，而且也是非常昂贵的。鉴于对电子系统故障的担忧，和追求更低的成本，需要改变设计的策略。

在设计和校验ECU的过程中，故障模拟是一种实现可靠性和固件校验的目的而做的预测方式，最终是为了确保驾驶员和乘客的安全。ECU的工作是依靠从很多传感器中和控制器中传来的信息来决定怎么样去对正在工作的器件进行操作。这些传感器本身一般是工作在极度恶劣的环境中，所以可以断言，这些传感器或者彼此之间的连接会出现问题。ECU必须对这些故障和现实中的系统故障做出正确的反应，否则就会引起事故。

这种对系统故障进行测试的想法不是最近才出现的。它是ECU校验的一个重要的部分，同时包含了系统内部的电子故障的呈现。测试的过程主要是模拟很多种可能因为腐蚀、短路、开路和由于失效、寿命、损坏或者是不正确的安装而引起的电子故障；

3．解决方案

PXI为硬件在环仿真提供了一个开放的平台。把多种多样的来自Pickering Interfaces的可用的硬件和其他供应商的产品组合在一起，可以专门为这个系统提供一个最灵活可调和低费用的方案。模块化和PXI的开放性使得集成商可以设计一个可以升级的带有丰富的演变潜力的方案。

图1、汽车ECU故障注入测试

有很多种PXI的故障注入开关模块是专门为了协助汽车和航空电子应用而设计的，包括测试关键控制器的可靠性的模拟仿真。从上面的图中，你可以看到在这个测试方案中，故障注入模块是怎么样进行工作的。这些开关模块是为了选择在固定装置和UUT之间的故障的状态的路径。这些故障包括了在UUT连接器开路、短路，和跟其他信号如电源、点火和地线之间的短路。串行总线故障也可以通过电流来注入。

其他的模拟仿真系统也是可以商用的。但是，它们的特点就是与其他的供应商的产品不兼容，同时也是非常昂贵的。

另外，每一个供应商提供的PXI产品必须为RTOS提供软件驱动，这是硬件在环模拟的关键要求。RTOS的这个主要的缘由是测试的确定性：UUT的反馈，特别是安全方面，必须在准确的时间里确保乘客的安全。

这个方案是在3U的机箱中使用的。来自我们Pickering Interfaces的模块产品包含了24个用来选择故障注入信号的模块（一个模块是40A电流的开关40-191，22个模块是20A的，另一个是2A的模块），外加上用来模拟传感器的程控电阻模块。

由于PXI是一个开放的平台，所以其他的供应商提供的模块是兼容的，包含了FPGA功能和CAN/LIN通讯协议。除了拥有费用和灵活性等方面的优点，PXI方案的也提高了测试系统的性能，并且相对于原先的系统的线路更加整洁了。

三、 卫星负载测试

1．客户概况

客户是一个提供一些包括地球观测、科学和通讯等应用方面的空间业务的主导地位的公司。这个公司设计、生产和操作高性能的卫星和地面系统，这些是跟空间任务有联系的一部分的业务。

2．应用需求

卫星负载系统测试主要是为了以下几个目的。第一，由于硬件是非常昂贵的，并且要进行很多的测试。第二，在发射之后出现一个故障的话，维修是非常困难的，而且，想要把卫星回收进行维修是不可能的。

卫星系统和负载系统是非常复杂的，它们由很多个多种功能的子系统组成的。传统的卫星开发生产工作是按照一定流程来的：先是描述所有的东西，设计说明书，测试原型，然后就组装和校验飞行单元。这样的生产流程是非常的消耗时间的，不适合快速的完成，所以为了节省费用，就必须要设计一种灵活的方案。

模拟技术的使用，可以节省时间和费用。使用COTS（CheckOut Test Set）部件和标准的工具，一个子系统的模拟器可以进项开发和测试，而不用做成一个飞行水平的设备，这样做往往只需要比较低的费用就可以了。

下面是这个项目的主要的两个优点：

这样的设计远远地超过了主要产品的开发阶段，这就允许在一开始的阶段就对内部的问题进行检查和解决，同时是减少了对于飞行设备的重启的费用；

接口的模拟仿真器可以用来进行系统集成测试，这就超乎想象地解决了校验和子系统的集成方面的难题。这个特别是在一个很大的系统中的一个小系统是外包给其他供应商的情况下是非常有效的。不像硬件一样，这个模拟仿真器是开放的。

3．解决方案

当把这个最新的模拟仿真设备的硬件介绍给客户的时候，客户并不选择把它放在曾经的工具和方案上。而是，在现有的预算的范围内选择了可用的，也存在可能的、可以看得到的工程方案。

这个方案最终是基于PXI基础的硬件，Pickering Interfaces也作为一个主要的供应商。客户选择我们这个方案的理由是：“这个方案满足了我们的设备的要求，而不是我们的设备去迁就这个方案”。

考虑到热控制系统是监控卫星内部的主要的温度的，所以就需要用到PXI高密度高精度的电阻模块。六个模块是用来仿真36个航空水平的温度范围在-80℃到+55℃电热调节器。这些PXI的高精度电阻模块，是商业上可用的并且可以覆盖这些电热调解气的模拟仿真范围要求的方案。

除了高精度电阻模块，Pickering Interfaces也提供了用于信号和高功率的开关卡，带隔离的电源卡，还有MIL-STD-1553总线分析仪模块。开关模块的主要的功能是将接口路径隔离，模拟射频开关的反馈和分配通过多个路径的负载通道。

四、 柴油发动机温度模拟仿真

1．客户概况

客户是世界上的一个大型柴油机的市场主导者，他们生产的产品是用在轮船或者是一些大功率的场所。部分的发动机是为一种新型的几乎是世界上最大的货运轮船提供的。

2．应用需求

这些在海上航行的大型的柴油发动机中的控制器需要配有很多用于检测发动机是否正常运行的传感器。这主要是因为发动机盖的偏移，这就意味着需要用很多传感器来确保发动机工作在合适的范围内，然后能够迅速地找到温度过高的点。如果想要拿到一个实体的发动机来进行测试的话是比较难的，况且想要达到工作的温度的话在时间方面而言也是比较困难的。传感器的模拟方案提供了一种并不需要实体发动机在手的一种实惠的测试方法。

图2、超大功率发动机

这套设备包括了开发了支持40000kW的功率的柴油发动机的ECU，40000kW可是相当于55000马力。除了其他的的ECU测试，有一个要求是需要模拟仿真PT100温度传感器的144个通道。这些传感器是RTDs而不是热电偶。温度的范围是-20℃到+250℃，这等效于电阻范围是92.160342Ω到194.074250Ω。同时也需要很高的精度，在-20℃的时候是±0.11℃（等效于±43mΩ）和在250℃的时候是误差±0.65℃（相当于220mΩ）。

客户的最初的模拟传感器的方法是手动操作的。里面包含了288个电位计，包含粗调和微调功能，同时还有144个用来进行短路操作的开关，外带144个用来进行模拟传感器的连接器的开路的情况的开关。所有的这些东西都是手动控制的。这就明显需要自动操作，还有就是提高性能和可重复性。

3．解决方案

由于在PXI平台上已经有很多可以进行测试测量和模拟仿真的模块，还有要求的是要支持RTOS实时操作系统软件，PXI自然而然就成为了这个新的产品设计中选择的平台。

这个方案开发的是用在一个3U插槽中的支持6通道的RTD模拟仿真，或者是在两个插槽中支持18个通道。根据现有的设计原则，这个模块提供的2mΩ的分辨率和在所有通道上有低于0.1%的精度。每一个模拟仿真通道可以提供一个开路或者是短路的功能，这用来模拟传感器的连接的错误。另外，每一个传感器通道的校准是可以通过连接模块的校准接口道一个高性能万用表上来完成。电阻的简洁的应用使得编程变成简单，通过API函数来将在实际中应用的发动机上的传感器的温度转换为电阻。

最终的产品是一种可以高性能地模拟PT100或者是PT1000 RTDs的廉价的方案。容纳在16个PXI 3U插槽中的8个模块就可以模拟PT100传感器的144个通道。

五、总结

在这三个应用中，表明了PXI产品可以模拟很多应用中的需要的信号，包括消费者、运输工具和航天器。PXI拥有高密度，这个可以使得系统测试可以在测试平台上就可以进行，同时也可以完美地满足客户的需求，还支持一些特殊的类似RTOS这样的环境。

关于作者

Shaun Fuller，是Pickering Interface 的开关模块产品的经理，拥有20年的相关方面的工作经验。

Bob Stasonis，是Pickering Interface的美国和亚洲地区的销售主管，在过去的30年间，Bob 一直从事相关方面的工作，同时也担任过PXI联盟（PXISA）的主席，在LXI应用领域也有所建树。

郑南润，本文译者，Pickering Interface中国一级代理广州虹科电子科技有限公司的区域经理，主要负责测试测量领域中的Pickering Interface产品在中国华南区的技术与销售服务。

声明：

本文是经作者授权后进行翻译形成的，目的是让更多的工程师或者用户了解到PXI领域的应用案例，帮助他们设计更加便捷、高效和低成本的方案。如果文中的描述存在不妥之处，欢迎各位读者及时指出。