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Mess- und Stimulisignale LXI oder PXI – welche Plattform eignet sich für meine Schaltapplikation?

Autor / Redakteur: David Owen * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

LXI und die PXI haben ihre Vor- und Nachteile. Was unterscheidet beide Systeme und wo lassen sie sich sinnvoll einsetzen? Der Anwender sollte frei entscheiden können, welchen Standard er nutzt.

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Große Schaltfunktion über viele Module: Die Systemkosten steigen, die Leistung wird geringer und die Systemkomplexität sowie Programmierzeit steigen
Große Schaltfunktion über viele Module: Die Systemkosten steigen, die Leistung wird geringer und die Systemkomplexität sowie Programmierzeit steigen
(Pickering Interfaces)

Schaltsysteme verbinden Mess- und Stimulisignale mit den entsprechenden Testpunkten eines Prüflings und spielen bei Testsystemen eine entscheidende Rolle. Die gemeinsame Nutzung von Testressourcen oder die Verbindung von Kalibrierreferenzen und Lastmanagement werden durch ein Schaltsystem, das als Verbindungsglied zwischen Prüfling (Unit Under Test oder kurz UUT) und den Prüfgeräten dient, erst möglich. Die Genauigkeit und Wiederholbarkeit eines Testsystems wird in erheblichem Maß vom Schaltsystem bestimmt. Zuvor sollte geklärt werden, welche Plattform gewählt wird, der Umfang des Budgets, der Größe und der Anwendung erfolgen.

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Die Koexistenz von LXI und PXI

Die beste Plattform für Schaltanwendungen gibt es nicht. LXI- und PXI-Standards haben ihre jeweiligen Vor- und Nachteile für den Anwender, was immer abhängig von der Anwendung ist. In dieser Hinsicht ist es bei Instrumenten nicht wesentlich anders. Es gibt immer Situationen, in denen PXI- und LXI-Implementierungen unterschiedliche Kompromisse in Bezug auf Kosten, Leistung und Baugröße aufweisen. Die Gehäusedesigns vom Hersteller bieten typischerweise Performancevorteile bei LXI-Lösungen. Ein modulares Chassis-System kann für verschiedenste Systeme Vorteile in Bezug auf Kosten und Baugröße bieten. Auch die LXI-Lösungen können modular aufgebaut sein. Für Pickering Interfaces bedeutet die Koexistenz beider Standards eine höhere Freiheit bei der Entwicklung von Schaltsystemen, die von Aspekten wie Bauteilgröße, Schaltsystemgröße und Schaltsystemvielfalt diktiert werden.

In der Wirtschaft besteht eindeutig ein Bedarf an Schaltsystemen, die auf offenen und modularen Standards aufsetzen. Pickering Interfaces entwickelte Schaltprodukte, die auf VXI- und PXI-Standards beruhen. Die Entwicklungskosten für den PXI-Formfaktor sind vergleichsweise niedrig, sobald die PXI Basisentwicklungen erledigt sind. Die Produktentwicklung kann sehr schnell von statten gehen, sodass entsprechend Kundenanforderungen eine große Vielfalt an standardisierten und kundenspezifischen Schaltlösungen bereitgestellt werden konnten. Mittlerweile ist der PXI-Standard ausgereift: Er bietet eine schnelle Kommunikationsschnittstelle und die große Datenmengen zur Analyse an den Systemcontroller übertragen. Die mechanischen und leistungsbezogenen Randbedingungen für die Module können jedoch Einschränkungen darstellen.

Über Ethernet steuern mit LXI

Nicht jeder Anwender möchte seine Instrumentierung oder seine Schaltsysteme als Erweiterung des PCI-Busses seines PCs realisieren oder die Datenanalyse im PC statt im Messinstrument vornehmen. Der PXI-Bus hat er nicht in allen Fällen die Einschub- oder Tischsysteme ersetzen können, die größtenteils über den GPIB-Bus gesteuert wurden.

Die Steuerschnittstelle der klassischen GPIB-Instrumente wurde in letzter Zeit entweder ergänzt oder durch die erst wesentlich später standardisierte LAN-/Ethernet-Verbindung ersetzt. Der De-facto-Standard zum steuern über Ethernet heißt LXI – LAN eXtensions for Instrumentation. Ethernet ist praktisch bei allen System-Controllern vorhanden und die Verbindungskabel sind einfach zu handhaben, verfügen über einen Verriegelungsmechanismus und haben praktisch keine Beschränkungen bezüglich der Kabellängen oder der Anzahl der angeschlossenen Instrumente.

LXI wurde in der Branche schnell angenommen und so liegt der Wert der ausgelieferten Produkte auf LXI-Basis weit über dem der PXI-Produkte. Derzeit sind etwa 2000 LXI-kompatible Produkte auf dem Markt verfügbar. Vergleichbar dem PXI-Bus, ist LXI ebenfalls ausgereift und liegt seit 2011 in der Version 1.4 vor. LXI-Geräte, die entsprechend der ersten Ausgabe des Standards entwickelt wurden, arbeiten problemlos mit Geräten nach der aktuellsten Version zusammen.

LXI und PXI – ein Systemvergleich

Tabelle: Der Systemvergleich zeigt, dass PXI und LXI nicht zwingend konkurrierende Systeme sein müssen
Tabelle: Der Systemvergleich zeigt, dass PXI und LXI nicht zwingend konkurrierende Systeme sein müssen
(Pickering Interfaces)
LXI-Instrumente sind weitgehend unabhängig von der gewählten Plattform. PXI hingegen hängt stark von der PC-Architektur und bei vielen Realisierungen von Windows ab. LXI-Geräte verfügen über keine mechanischen oder elektrischen Beschränkungen, PXI-Geräte hingegen müssen dem PXI-Standard entsprechen, um von der Multi-Vendor-Chassisplattform zu profitieren. Auch die Geschwindigkeit der Datenübertragung kann sich zwischen beiden Systemen stark unterscheiden. PXI hat bietet die höhere Verbindungsgeschwindigkeiten, ist aber davon abhängig, dass die Daten im steuernden PC verarbeitet werden. Die hohe Verbindungsgeschwindigkeit ist notwendig, um Datenverarbeitungsoperationen durchführen zu können. Bei LXI-Systemen werden die Daten innerhalb der LXI-Geräte verarbeitet und nur die Ergebnisse weitergeleitet werden. Es können ganze Datenblöcke an den Controller zur Auswertung weitergereicht werden.

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Eines der grundlegenden Ziele des PXI-Standards ist es, Produkte verschiedener Hersteller gemeinsam in einem Chassis betreiben zu können. Andernfalls würde es als Standard die Erwartungen des Marktes und die im Standard definierten Ziele verfehlen. Das bedeutet, dass ein Chassis und insbesondere die Software-Infrastruktur mit potenziell vielen verschiedenen Modul-Typen innerhalb des Chassis zurechtkommen muss. Das Chassis-Design muss den Erwartungen aller PXI-Hersteller entsprechen. Die im PXI-Standard festgelegten Minimalanforderungen müssen erfüllt sein.

Die Auswahl des Chassis kann etwas komplizierter werden, da der PXI-Standard mittlerweile zwei verschiedene Backplanevarianten kennt – PCI und PCIe – die nicht untereinander austauschbar sind. PXI-Chassis enthalten Steckplätze , die PCI-basierte Module unterstützen. PXIe-Chassis können Steckplätze enthalten, die entweder ausschließlich PCIe-basierte Module aufnehmen, PCIe- oder PCI-basierte Module aufnehmen, oder ausschließlich PCI-basierte Steckplätze bieten. Die höhere Komplexität der PXIe-Chassis schlägt sich in einer aufwändigeren Herstellung nieder, wenn sowohl PCIe- als auch PCI-Schnittstellen unterstützt werden. Ansonsten ist die Austauschbarkeit durch Konformität mit dem PXI-Standard in hohem Maße sichergestellt.

Beim LXI-Standard muss sich der Anwender nicht mit Einschränkungen durch Chassis auseinandersetzen. Es müssen lediglich die Minimalanforderungen erfüllt sein, die im Standard festgelegt sind, es sei denn, es müssen optionale, erweiterte Eigenschaften wie das IEEE1588-Timing unterstützt werden.

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