NI PXI机箱的设计优势

作为PXI系统的核心结构，机箱相当于台式机外壳与主板的集成体。它不仅提供电源、散热和通信总线功能，还容纳了所有仪器设备。此外，PXI机箱内置的定时、触发和同步功能，使其在自动化测试应用中表现出卓越的性能。NI机箱配备高性能背板，并采用坚固耐用的机械封装。其插槽数量从2个到18个不等，NI机箱可满足用户对于便携式、台式、机架式或嵌入式系统的多样化需求。NI PXI Express机箱可兼容PXI Express、PXI、CompactPCI Express和CompactPCI模块。 本文将重点探讨以下NI设计特点，这些特点使NI机箱在性能和可靠性方面优于市面上其他产品：

• 散热性能―NI机箱性能远超PXI Express的散热要求，多数机箱可为高性能模块提供58 W或82 W的散热性能。
• 声学―旨在最大限度地减少桌面或实验室的声发射，从而减少传输至PXI模块的电噪声(EMI)，以提高测量灵敏度。
• 电源―NI PXI机箱电源采用定制设计，NI在整个工作温度范围和交流输入范围内保持设计的可靠性和可维护性，同时无功率减额。
• 定时和同步―NI机箱具备高性能时钟、总线和触发功能，简化了不同精度级别的定时，并可实现从单机箱到复杂多机箱架构的时基同步。

每个PXI机箱包含多种类型的插槽，包括用于嵌入式控制器的系统插槽、用于PXI Express模块的外设插槽以及支持PXI或PXI Express模块的混合插槽。根据PXI系统联盟定义的PXI Express产品规范，每个外设插槽至少需提供30 W的可用功率，但并未对模块的散热性能提出具体要求。尽管其他供应商的PXI机箱可能满足最低功率规格，但由于设计差异（例如风扇位置），其PXI机箱的实际功率和散热性能可能存在显著差异。尽管这些供应商声称其产品的供电和散热能力大于82 W，但并非每个插槽都能实现，并且通常会要求机箱符合存在限制或难以实现的说明。

最新一代NI PXI Express机箱经过精心设计和严格验证，能够满足甚至超越最耗能PXI模块的散热需求，为PXI机箱内的每个插槽提供至少58 W的散热。其散热能力有助于尽可能灵活地将仪器放置于机箱中。

此外，部分NI PXI机箱进一步提升了插槽散热性能，能够为单个插槽提供最高82 W的散热能力，从而支持诸如数字化仪、高速数字I/O和RF模块等高性能模块的应用需求，特别适用于需要连续采集或高速测试的场景。PXI机箱的总可用功率因型号而异，因此在配置新系统时最好是执行系统级功率预算。NI的顶级PXI Express机箱支持全功率和散热，无需额外进行功率预算规划。

NI机箱能够支持完全插满高功率仪器的配置，涵盖以下类型的模块： 

• NI PXI数字码型仪器
• NI PXI 300 W电源
• NI PXI 300 W电子负载
• NI PXI矢量信号收发仪
• NI PXI高速串口仪器

^{图1： NI PXIe-1095机箱采用了NI荣获专利的后置散热风扇设计。}

如图1所示，多款NI PXI机箱均采用NI荣获专利的后置散热风扇设计，可通过导向叶片强力吸入机箱(2)后部的空气，并将空气均匀地分配到每一个模块插槽(1)。该专利设计与将风扇置于模块正下方的机箱设计相比，可提供更出色的散热效果，并减少气流流通的盲点。机箱后部的风扇还有助于减少模块受到的风扇电机电气噪音。

NI还提供插槽阻止器，这是一种塑料模块化PXI填充卡，可插在机箱未使用的插槽中。使用插槽阻止器可减少闲置插槽中的气流旁路，从而增强已填充插槽内的气流循环，有效降低已安装模块电子元件的温度，最高可将散热效率提升20%。

在与其他主要供应商的产品相比时，这些设计优势使NI PXI机箱展现出更卓越的散热性能，其中，性能评估则通过测量插入机箱的PXI模块上组件的平均温度差（最小值 - 最大值）完成。在基准测试中，NI PXIe-1095机箱在58 W高风扇设置（5200 RPM，环境温度为55 ℃）下比其他产品的散热性能高出4.6 ℃。

尽管具备优秀的散热性能，NI PXI机箱在设计上仍力求将整个系统噪声降至最低。这一点尤为重要，因为PXI系统广泛应用于机架式自动化测试和台式验证环境中，而不同场景对声学排放的要求各不相同。NI通过灵活结合风扇速度控制、所用风扇类型和风扇安装方式，优化散热性能的同时将噪声降至最低。

许多NI PXI机箱支持用户通过风扇转速选择开关在两种模式（高速或自动）之间进行切换。设置为自动时，机箱风扇速度会根据机箱风扇入口处的环境空气温度自动调节。温度读数低于30 ℃时，机箱散热系统处于声音性能区域，在此噪声最低。当测得环境温度高于30 ℃时，机箱散热风扇的速度也会相应提高。若将风扇转速设置为高，则机箱将提供最大空气流量，且与环境温度无关，这一模式适用于对声学噪音不敏感的应用场景。

^{* 根据ISO 7779，在操作人员位置定义声压级}

^{** 仅限38 W散热模式；较高的散热模式具有更高的声压级}

^{表1： PXI Express机箱的声压级比较。}

NI在许多PXI机箱中采用了脉宽调制(PWM)风扇，该风扇与传统的电压控制风扇相比，可进一步降低噪声。PWM信号控制使NI机箱设计人员能够使用更多风扇RPM设置，从而微调机箱的噪声和散热性能。

为满足（甚至超过）PXI规范的散热要求，NI PXI机箱必须选用散热强劲的风扇。许多NI机箱使用由减震材料制成的风扇支架，以隔离机箱框架与风扇中的机械振动，从而进一步降低噪声。这些支架以及风扇都位于多数NI PXI机箱的后部，该设计有助于减少传输至PXI模块的电气噪声(EMI)。

NI PXI机箱旨在提供先进散热性能，同时将整个系统的噪声降至最低。如表2所示，一些机箱风扇已针对台式性能进一步优化，例如PXIe-1084在其38 W散热模式下。注意，这里的10 dB相当于感知噪声差异的2倍。

PXI系统联盟定义的PXI平台产品规范要求18槽​PXI Express机箱在3.3 V、5 V和+12 V背板线路上提供650 W功率，从而为系统控制器和模块插槽供电。比较不同供应商的PXI机箱时，重要的是使用“背板电源”（或类似）规范，而非仅仅是总电源或每插槽电源。无论是总电源、背板电源还是每插槽电源，NI均实事求是，坚持定义其电源规格。其他供应商经常推广一些在典型安装/操作环境下无法实现的电源规范来误导用户。

NI在产品文档中指定了机箱电源供给模块的总功率。相比之下，许多其他供应商仅列出了电源的输出功率。用户可通过从电源总功率中减去机箱组件（例如风扇和背板）消耗的功率，NI文档规定了控制器及模块的可用功率。NI PXI机箱手册明确标明了每个电压线路的电流和每个插槽的最大功耗。

与市面上的其他PXI供应商不同，NI在其8－18槽的PXI和PXI Express机箱中保留了仪器级电源的设计所有权。因此，NI能够保证长期供应这类电源，并减少由于电源制造商变动导致的机箱设计变更。相比之下，完全依赖标准PC电源的其他PXI供应商几乎无法控制其电源质量。

相对于使用通常个人计算机中专用的电源，NI PXI机箱中采用的仪器级电源经过优化，可满足PXI的独特电源要求。NI的电源专为NI机箱定制设计，以满足甚至超过PXI产品规范的最低电源要求。例如，NI高性能PXI Express机箱凭借这些电源向所有机箱插槽提供至少82 W的功率。

^{表2： NI PXI Express机箱旨在超越PXI产品规范中对每个插槽最小电流的要求。}

针对高可用性需求的系统，NI为部分9槽及以上插槽数量的机箱设计了可快速更换的电源和风扇。如发生电源故障，用户可通过卸下固定螺丝，并从机箱后部滑出/滑入已损坏/替换的电源，快速完成更换操作。同样，主风扇的更换也可通过机箱后部进行：只需卸下面板螺丝、断开现有风扇面板连接、安装替换风扇面板并重新固定螺丝即可。该设计将电源的平均维修时间(MTTR)缩短至5分钟内。如果机箱采用机架式安装，只要能够轻松操作机箱背面，就可在不移除模块或重新连接任何I/O的情况下更换电源和后部风扇。具体支持此功能的机箱型号，请参考产品规范。

NI PXI机箱采用仪器级电源，可在指定的工作温度范围（0 ℃至50－55 ℃）内提供最低功率要求，无功率降额出现。功率降额是指在较高温度或其他极端环境规格下操作时，机箱插槽的功率损耗。许多其他供应商的PXI机箱在较低的环境操作温度(20 ℃－35 ℃)下能够满足PXI产品规范要求的可用功率，但在更高的温度(>40 ℃)下可能变得不稳定或无法运行。再次提示，您可使用NI PXI机箱在数据表指定的最高温度下运行满载模块的机箱（具体NI PXI机箱型号的工作温度范围，请参考产品手册）。NI电源还可在100 V至240 V交流的整个通用交流输入范围内持续提供满功率输出，而部分竞品机箱在该范围内的低电压区间可能会显著降低功率。

机箱内的可动机械部件（特别是散热风扇）产生的电气噪声可能会降低PXI和PXI Express外围模块的测量精度。为防止出现这种情况，许多NI机箱不仅将散热风扇置于机箱后部，还采用专用的12 V电源为机箱散热风扇和系统控制器插槽供电，在某些情况下还为电源风扇供电，从而避免这些组件的噪声耦合至供电测量模块的线路上。

大多数NI机箱还具有背板电源线路输出电压的遥感探测功能，以补偿压降。遥感对于有高功率模块的PXI和PXI Express机箱非常重要，因为其在负载波动较大时能提供更好的背板调节。 

PXI系统的主要优势之一就是集成了定时和同步功能。PXI机箱内置了专用的100/10 MHz系统参考时钟（PXI_CLK10和PXIe_CLK100），该时钟以低偏斜的方式分配至每个插槽。此外，机箱还配备了一条8线PXI触发总线连接至所有插槽，并设有一个系统定时插槽，用于向外设插槽提供星形触发和差分星形触发。

^{图2： PXI Express定时和同步功能是其主要优势。}

通过可选的定时与同步升级功能，部分NI PXI机箱的定时和同步性能得以进一步提升。PXIe-1095和PXIe-1092可通过集成OCXO实现升级，从而增强PXI_CLK10和PXIe_CLK100的频率稳定性。此外，升级后的机箱支持导入外部10 MHz参考时钟并自动锁定、导出10 MHz参考时钟，以及实现PXI触发总线的导入与导出功能。如需了解更多关于NI PXI定时与同步功能如何助力简化构建高性能、复杂且可扩展解决方案的信息，请参阅NI PXI定时与同步设计优势。

NI PXI机箱具备以下特性：

• 高达24 GB/s系统带宽和8 GB/s每插槽专用带宽
• 面向更高级的I/O模块提供每插槽高达82 W的功率和散热功能
• 机箱尺寸从2槽到18槽不等 
• 混合插槽，可实现仪器灵活性；与PXI、PXI Express、CompactPCI和CompactPCI Express模块兼容

^{表3： PXI机箱选项和配置。}

综上所述，NI PXI机箱凭借其卓越的性能与可靠性，成为实现高性能及高功率自动化测试的核心组件。得益于超越PXI Express产品规范的先进散热能力，这些机箱不仅能够支持高功率模块，还能确保高效的热管理。定制设计的电源可提供稳定且一致的电力输出，这对于保障测试结果的准确性和精度至关重要。NI PXI机箱旨在提供卓越的性能和可靠性，以满足测试环境的需求。

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