NI PXI 섀시 설계의 장점

PXI 시스템의 중심 구조 역할을 하는 섀시는 PC 케이스 및 마더보드와 비슷합니다. 전원, 냉각, 통신 버스와 섀시 내부의 모든 계측기를 공급합니다. 또한 타이밍, 트리거링, 동기화 기능을 제공하므로 PXI는 자동화 테스트 응용 분야에 매우 강력한 도구가 됩니다. NI 섀시는 고성능 백플레인과 견고하고 안정적인 기계적 패키지가 특징입니다. NI 섀시는 2~18개의 슬롯이 장착된 다양한 크기로 제공되므로 휴대용 시스템, 벤치탑 시스템, 랙 마운트 시스템, 임베디드 시스템 등 용도에 적합한 섀시를 찾을 수 있습니다. NI PXI Express 섀시는 PXI Express, PXI, CompactPCI Express, CompactPCI 모듈과 호환됩니다. 이 문서에서는 시중에서 판매 중인 다른 섀시에 비해 성능과 안정성이 뛰어난 다음과 같은 NI 설계 기능에 대해 살펴봅니다.

• 냉각 성능 - NI 섀시는 PXI Express 냉각 요구 사항을 초과하여 충족하며 많은 섀시가 고성능 모듈에 58W 또는 82W의 냉각을 제공할 수 있습니다.
• 음향 - 데스크탑 또는 실험실의 음향 방출을 최소화하여 민감한 측정을 위한 PXI 모듈로 전송되는 전기 노이즈(EMI)의 양을 줄이도록 설계되었습니다.
• 전원 공급 장치 - NI PXI 섀시 전원 공급 장치는 맞춤형으로 설계되었으며, NI는 설계 소유권을 보유하고 있어 전체 작동 온도 범위 및 AC 입력 범위에서 전력 손실 없이 안정성과 사용성을 제공합니다.
• 타이밍 및 동기화 - 고성능 클럭, 버스 및 트리거 기능을 통해 단일 섀시에서 복잡한 다중 섀시 아키텍처에 이르기까지 다양한 수준의 정밀도와 동기화에서 타이밍을 단순화할 수 있습니다.

각 PXI 섀시에는 임베디드 컨트롤러에 사용되는 시스템 슬롯, PXI Express 모듈에 사용되는 주변 슬롯, PXI 또는 PXI Express 모듈에 사용되는 하이브리드 슬롯 등 다양한 슬롯이 있습니다. (PXI Systems Alliance에서 정의한) PXI Express 스펙은 각 주변 슬롯에 최소 30W의 전력을 사용할 수 있도록 요구하지만, 모듈 냉각에 대한 구체적 요구 사항은 없습니다. 다른 공급업체의 PXI 섀시는 최소 전력 스펙을 충족할 수 있습니다. 하지만 실제로는 팬 위치와 같은 구체적인 설계 선택 항목으로 인해 전력 및 냉각 성능이 크게 달라질 수 있습니다. 이러한 공급업체는 82W 이상의 전력을 공급하여 냉각할 수 있다고 주장하지만 이는 모든 슬롯에 해당되는 것은 아니며, 섀시가 제한적이거나 달성하기 어려운 조건을 충족해야 하는 경우가 많습니다.

최신 세대 NI PXI Express 섀시는 PXI 섀시의 각 슬롯에 최소 58W의 냉각을 공급함으로써 전력 요구량이 가장 많은 PXI 모듈의 냉각 요구 사항을 충족하거나 초과 충족하도록 설계 및 검증되었습니다. 냉각 용량 덕분에 섀시 내부에 계측기 배치 방식의 유연성이 극대화됩니다.

또한, 일부 NI PXI 섀시는 슬롯 냉각 용량을 더욱 향상시켜 단일 슬롯에 82W의 냉각을 제공할 수 있어 연속 수집 또는 고속 테스트가 필요한 응용 분야에서 디지타이저, 고속 디지털 I/O, RF 모듈과 같은 고성능 모듈의 고급 기능을 사용할 수 있습니다. 사용 가능한 PXI 섀시의 총전력은 다양하므로 항상 새로운 시스템을 구성할 때 시스템 수준의 전력 예산을 수립하는 것이 가장 좋습니다. NI의 최상위 PXI Express 섀시는 전원 배분 없이도 최대 전원 및 냉각 기능을 지원합니다.

NI 섀시는 다음 유형의 모듈을 포함하는 고출력 계측기로 가득 찬 섀시를 지원할 수 있습니다. 

• NI PXI 디지털 패턴 계측기
• NI PXI 300W 전원 공급 장치
• NI PXI 300W 전자 로드
• NI PXI 벡터 신호 트랜시버
• NI PXI 고속 시리얼 계측기

^{그림 1: NI PXIe-1095 섀시는 특허받은 후면 냉각 팬 설계가 특징입니다.}

많은 NI PXI 섀시는 특허받은 후면 냉각 팬 설계가 특징입니다(그림 1 참조). 이 설계에서는 섀시 후면(2)의 공기가 회전 날개를 통해 모든 모듈 슬롯(1)에 고르게 분배됩니다. 이 설계는 팬이 모듈 바로 아래에 배치된 섀시에 비해 냉각 성능이 향상되고 공기 흐름이 정체되는 지점이 적습니다. 또한 섀시 후면의 팬은 모듈이 받는 팬 모터의 전기적 노이즈를 줄이는 데도 도움이 됩니다.

또한 NI는 모듈식 플라스틱 필러 PXI 카드인 슬롯 차단기를 제공합니다. 슬롯 차단기는 사용하지 않는 섀시 슬롯에 끼워둘 수 있습니다. 슬롯 차단기는 빈 슬롯에서 공기 흐름 우회를 줄여 사용 중인 슬롯의 공기 흐름을 개선하므로 장착된 모듈의 전자 구성요소 온도 상승이 최대 20% 감소합니다.

이러한 설계상의 장점 덕분에 NI PXI 섀시는 다른 주요 공급업체에 비해 향상된 냉각 성능을 제공합니다. 냉각 성능은 섀시에 삽입된 PXI 모듈의 구성요소 간 평균 온도 차이(최소-최대)를 측정하여 평가합니다. 벤치마크 평가에서 NI PXIe-1095 섀시는 58W의 고속 팬 설정(주변 온도 55°C에서 5,200 RPM)에서 4.6°C 더 우수한 냉각 성능을 제공했습니다.

NI PXI 섀시는 냉각 성능이 뛰어날 뿐 아니라 전체 시스템의 음향 방출을 최소화하도록 설계되었습니다. PXI 시스템은 랙 마운트 자동화 테스트와 벤치탑 검증 환경에서 모두 사용되는데 두 환경의 음향 방출 요구사항이 서로 다르다는 점에서 이는 중요한 고려 사항입니다. 팬 속도 제어, 사용되는 팬 유형, 팬 마운트 방식을 결합하면 방출되는 음향 노이즈를 최소화하면서 냉각 성능을 최적화할 수 있습니다.

많은 NI PXI 섀시는 팬 속도 선택 스위치를 사용하여 두 가지 팬 속도(높음 또는 자동) 중에서 선택할 수 있습니다. 자동으로 설정하면 섀시 팬 유입구에서 측정된 주변 온도에 비례하여 섀시 팬 속도가 조절됩니다. 온도가 30°C 미만일 경우 섀시 냉각 시스템은 음향 방출이 최소화되는 음향 성능 영역에서 작동합니다. 측정된 주위 온도가 30 °C 이상으로 상승하면 섀시 냉각 팬 속도가 그에 따라 증가합니다. 팬 속도를 높음으로 설정하면 섀시는 주변 온도에 상관없이 최대 공기 흐름을 제공합니다. 이 모드는 음향 노이즈가 중요하지 않은 사용 환경에 가장 적합합니다.

^{* 음압 레벨은 ISO 7779에 따라 작업자 위치에서 정의됨}

^{** 38W 냉각 프로파일 모드만, 더 높은 냉각 프로파일은 더 높은 음압 레벨을 가짐}

^{표 1: PXI Express 섀시의 음압 레벨을 비교합니다.}

NI는 기존 전압 제어 팬보다 음향 방출을 더욱 줄이기 위해 많은 PXI 섀시에서 펄스 폭 변조(PWM) 팬을 사용합니다. NI 섀시 설계자는 팬의 PWM 신호 제어를 통해 팬의 RPM 설정을 더 폭넓게 사용할 수 있으므로 섀시의 음향 방출과 냉각 성능을 미세한 수준에서 조정할 수 있습니다.

PXI 스펙의 냉각 요구 사항을 충족하거나 초과하여 충족하려면 NI PXI 섀시 내에서 작동할 팬을 강력한 것으로 선택해야 합니다. 많은 NI 섀시는 팬의 기계적 진동을 차단하기 위해 진동 감쇠 소재로 제작된 팬 마운트를 사용하여 섀시 프레임을 팬의 기계적 진동으로부터 격리함으로써 음향 노이즈를 더욱 줄입니다. 많은 NI PXI 섀시에서 팬 마운트와 팬은 후면에 배치되어 PXI 모듈로 전달되는 전기적 노이즈(EMI)의 양을 줄입니다.

NI PXI 섀시는 전체 시스템의 음향 방출을 최소화하도록 설계되었으며, 이를 통해 고급 냉각 성능도 함께 제공할 수 있습니다. 표 2에서 확인할 수 있는 것처럼 일부 섀시 팬은 38W 냉각 모드의 PXIe-1084와 같이 벤치탑 성능에 맞춰 더욱 최적화되었습니다. 여기서 10dB이 차이 나면 사람은 노이즈가 2배 커졌다고 인지합니다.

PXI Systems Alliance에서 정의한 PXI 플랫폼 스펙에 따르면, 18슬롯 PXI Express 섀시가 시스템 컨트롤러와 모듈 슬롯에 전원을 공급하기 위해서는 3.3V, 5V, +12V 백플레인 레일에서 650W의 전력을 공급해야 합니다. 여러 공급업체의 PXI 섀시를 비교할 때는 총 전력이나 슬롯당 전력뿐만 아니라 “백플레인에 공급되는 전력” 또는 이와 유사한 스펙을 사용하여 비교해야 합니다. NI는 총 전력, 백플레인에 공급되는 전력, 슬롯당 전력 등 전력 스펙을 현실적이고 일관성 있게 정의합니다. 다른 공급업체에서는 일반적인 설치/운영 환경에서 달성할 수 없는 전력 스펙을 홍보하여 오해의 소지가 있는 경우가 많습니다.

NI는 제품 설명서에 섀시 전원 공급 장치에서 모듈에 공급되는 총 전력을 명시합니다. 이와 달리, 다른 제조업체는 전원 공급 장치의 출력을 제시하는 경우가 많습니다. NI 문서는 전원 공급 장치의 총 전력에서 팬과 백플레인과 같은 섀시 구성요소가 소비하는 전력을 제외하여 컨트롤러와 모듈에 사용할 수 있는 전력을 명시합니다. NI PXI 섀시 매뉴얼은 각 전압 레일의 전류와 슬롯당 최대 전력 소모량을 명확하게 제시합니다.

시중의 다른 PXI 공급업체와 달리, NI는 8~18 슬롯 PXI 및 PXI Express 섀시 중 다수에서 계측기 등급 전원 공급 장치에 대한 설계 소유권을 보유하고 있습니다. 따라서 NI는 이러한 전원 공급 장치의 장기적 가용성을 보장할 수 있으며 전원 공급 장치 제조업체의 변경에 따른 섀시 설계 변경을 줄일 수 있습니다. 반면, 표준 PC 전원 공급 장치만 사용하는 다른 PXI 공급업체는 전원 공급 장치의 품질을 거의 제어할 수 없습니다.

NI PXI 섀시 내에 구현된 계측기 등급 전원 공급 장치는 개인용 컴퓨터에서 일반적으로 사용하도록 설계된 전원 공급 장치와는 달리 PXI의 고유한 전원 요구사항을 충족하도록 최적화되어 있습니다. NI의 전원 공급 장치는 NI 섀시를 위해 맞춤 설계되어 PXI 스펙의 최소 전력 요구 사항을 충족하거나 초과 충족합니다. 예를 들어, 이 전원 공급 장치를 사용하면 NI 고성능 PXI Express 섀시는 모든 섀시 슬롯에 최소 82W를 공급할 수 있습니다.

^{표 2: NI PXI Express 섀시는 슬롯당 최소 전류에 대한 PXI 스펙을 초과하도록 설계되었습니다.}

고가용성이 중요한 시스템을 위해 NI는 9슬롯 이상의 섀시 중 일부에서 전원 공급 장치와 팬을 쉽게 교체하도록 설계했습니다. 전원 공급 장치에 장애가 발생하면 사용자는 후면에서 전원 공급 장치를 고정하는 나사를 분리한 다음 고장 난 전원 공급 장치 또는 교체용 전원 공급 장치를 밀어서 빼낸 후 교체할 수 있습니다. 마찬가지로, 사용자는 패널 나사를 풀어 기존 팬 패널을 분리한 다음 교체용 팬 패널을 연결하고 패널 나사를 교체하여 섀시 후면에서 메인 팬을 교체할 수 있습니다. 이 설계는 전원 공급 장치의 평균 수리 시간(MTTR)을 5분 미만으로 단축합니다. 섀시가 랙 마운트 장착식으로 구현된 경우에는 섀시의 후면에 접근할 수 있으면 모듈을 분리하거나 I/O를 다시 연결하지 않고 전원 공급 장치와 후면 팬을 교체할 수 있습니다. 제품 스펙을 확인하여 이 기능을 지원하는 섀시를 확인하십시오.

NI PXI 섀시는 계측기 등급의 전원 공급 장치를 구현하므로 전력 감소 없이 지정된 작동 온도 범위(0°C - 50~55°C) 전체에서 최소 전원 요구사항을 충족할 수 있습니다. 전력 감소란 더 높은 온도 또는 기타 극단적인 환경 스펙에서 작동할 때 섀시 슬롯에 공급되는 전력의 손실을 의미합니다. 다른 많은 공급업체의 PXI 섀시는 낮은 주변 작동 온도(20~35°C)에서 전원을 공급하기 위해 필요한 PXI 스펙을 충족하지만, 더 높은 온도(40°C 이상)에서는 불안정해지거나 작동하지 않을 수 있습니다. 다시 말하자면, NI PXI 섀시를 사용하면 데이터 시트에 명시된 최고 온도에서도 모듈로 채워진 섀시가 정상적으로 작동할 수 있습니다. 특정 NI PXI 섀시 모델의 작동 온도 범위는 제품 설명서를 참조하십시오. NI 전원 공급 장치는 100~240VAC의 범용 AC 입력 범위 전체에 걸쳐 최대 전력을 공급하지만, 경쟁사의 섀시는 이 범위의 저전압 부분에서 전력 공급이 크게 줄어들 수 있습니다.

섀시 내에서 움직이는 기계적 부품 특히, 냉각 팬에 의해 발생하는 전기적 노이즈 때문에 PXI 및 PXI Express 주변 디바이스 모듈의 측정 정확도가 저하될 수 있습니다. 이러한 문제를 방지하기 위해, NI 섀시 중 다수는 냉각 팬을 섀시 후면에 배치할 뿐만 아니라 섀시 냉각 팬, 시스템 컨트롤러 슬롯, 경우에 따라 전원 공급 장치 팬에 전원을 공급하는 전용 12V 전원 공급 장치를 구현합니다. 따라서 이러한 구성요소에서 발생하는 노이즈가 측정 모듈에 전원을 공급하는 레일에 영향을 미치지 않도록 합니다.

또한 대부분의 NI 섀시는 백플레인 전원 레일의 출력 전압을 원격으로 감지하여 전압 강하를 보정합니다. 원격 감지는 PXI 및 PXI Express 섀시에 중요한 설계 기능으로, 특히 고출력 모듈의 사용 분야에서 매우 중요합니다. 대규모 부하 변동이 있을 때 백플레인에서 더 나은 조정 기능을 제공하기 때문입니다. 

PXI 시스템의 주요 장점은 타이밍 및 동기화 기능 통합입니다. PXI 섀시는 각 슬롯에 낮은 스큐로 분배되는 전용 100/10 MHz 시스템 참조 클럭(PXI_CLK10 및 PXIe_CLK100), 모든 슬롯에 연결되는 8라인 PXI 트리거 버스와 주변 슬롯에 스타 및 차동 스타 트리거를 제공하는 시스템 타이밍 슬롯을 포함합니다.

^{그림 2: PXI Express의 타이밍 및 동기화 기능은 주요 장점입니다.}

타이밍 및 동기화 업그레이드 옵션을 통해 일부 NI PXI 섀시의 타이밍 및 동기화 기능은 더욱 향상될 수 있습니다. PXIe-1095 및 PXIe-1092는 OCXO로 업그레이드하여 PXI_CLK10 및 PXIe_CLK100의 주파수 안정성을 개선하고, 외부 10 MHz 참조 클럭을 반입하여 자동으로 잠그고, 10MHz 참조 클럭을 반출하고, PXI 트리거 버스를 반입 및 반출할 수 있습니다. NI PXI 타이밍 및 동기화 기능을 활용하여 복잡성과 확장성을 갖춘 고성능 솔루션을 보다 쉽게 구축하는 방법을 자세히 알아보려면 NI PXI 타이밍 및 동기화 설계의 장점을 참조하십시오.

NI PXI 섀시는 다음과 같은 기능을 제공합니다.

• 최대 24GB/s 시스템 대역폭, 슬롯당 8GB/s 전용 대역폭
• 보다 고급의 I/O 모듈을 위해 슬롯당 최대 82W의 전원 및 냉각 지원
• 슬롯 2~18개의 크기 옵션 
• 계측 유연성을 위한 하이브리드 슬롯, PXI, PXI Express, CompactPCI 및 CompactPCI Express 모듈과의 호환성

^{표 3: PXI 섀시 옵션 및 구성}

결론적으로, NI PXI 섀시는 탁월한 성능과 안정성을 제공하므로 고성능 및 고출력 자동화 테스트의 핵심 구성요소입니다. PXI Express 스펙을 초과하는 우수한 냉각 기능을 갖춘 이 섀시는 고출력 모듈을 지원하고 최적의 열 관리를 보장합니다. 맞춤 설계된 전원 공급 장치는 안정적이고 일관된 전원 공급을 보장하며, 이는 테스트의 정확도와 정밀도를 유지하기 위해 필수적인 요소입니다. NI PXI 섀시는 테스트 환경의 요구 사항을 충족하는 뛰어난 성능과 안정성을 제공하도록 설계되었습니다.

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