NI PXI机箱的设计优势

NI为测量和自动化应用提供多种功能强大的PXI Express和PXI机箱（见表1）。NI机箱配备高性能背板，并采用坚固耐用的机械封装。无论是便携式、台式、机架式或嵌入式系统，还是集成信号调理系统，总有一款NI机箱能够满足您的应用需求。NI PXI Express机箱可兼容PXI Express和CompactPCI Express模块。此外，所有NI机箱均可与PXI和CompactPCI模块配合使用。本文将介绍NI在提高电源散热性能、改善声音性能以及提高可靠性方面的设计特点。

NI机箱经专门设计和验证，可满足甚至超越大多数高功率PXI模块的散热要求。PXI规范要求每个外围插槽至少提供25 W功率，并且所有插槽散热量相同。PXI Express电源规范在此要求基础上提高了约20%，规定机箱必须提供至少30 W的功率以及相应的散热能力。

NI设计的PXI Express机箱在性能上超越了PXI Express的标准要求，每个外围插槽至少提供38.25 W的功率以及相应的散热能力；某些机箱甚至将单个插槽的散热能力提升至58 W或82 W。这种高标准的供电和散热有助于高性能模块（如数字化仪、高速数字I/O和RF模块等）在需要连续采集数据或高速测试的应用中发挥高级功能。机箱的总功率各不相同，因此在配置新系统时最好是执行系统级功率预算。

^{图1：NI PXIe-1062Q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专利后置散热风扇设计，可强力吸入机箱(2)后部的空气，并通过导向叶片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风扇电机产生的电气噪声。

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%。

表1所示为NI PXI机箱与其他主要供应商产品在散热性能上的差异。该表通过测量机箱中已插入的PXI模块中的平均组件温度进行评估。NI PXIe-1075机箱可在自动(Auto)风扇转速设置下提供同等散热性能，在高速(High)风扇转速设置下散热性能更佳。

^{表1： NI PXI机箱与其他主要供应商产品在散热性能上的比较。}

所有NI PXI Express机箱均可确保诶每个插槽至少提供38.25 W的散热功率，且部分型号的机箱还能实现更为卓越的散热性能。值得一提的是，对于机箱中模块均需要38.25 W功耗的情况，本规格尤为适用。而其他主要供应商的机箱很难确保做到这一点。尽管这些供应商产品的供电和散热能力大于38.25 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。

最后，如表2所示，在每个插槽的散热功率均为38.25 W的条件下，NI PXI Express机箱的散热性能有时也会优于其他供应商所谓的散热功率大于38.25 W的机箱。 

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。这一点非常重要，因为PXI系统既用于机架式自动化测试环境，也用于台式验证环境，这些环境对噪声的要求各有不同。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机箱均为用户提供两种风扇速度（高速和自动）设置，以便进行切换。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。风扇速度设置为高速时，机箱提供最大气流，且不受环境温度影响。该模式最适合于噪声非主要考虑因素，且用户希望通过进一步散热来延长系统中PXI模块使用寿命的应用场景。

^{表2： PXI Express机箱的声压级比较。}

^{* 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}

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。

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ATX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 PXI中的电源专为NI机箱定制设计，以满足甚至超过PXI规范的最低电源要求。NI PXI Express机箱凭借这些电源向机箱中的每个模块提供至少38.25 W的功率。一些机箱如PXIe-1095，其电源甚至可以为机箱中每个模块提供高达82 W的功率。

^{表3： NI PXI Express机箱允许通过的最小电流超过了PXI规范。}

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，确定控制器和模块的剩余可用功率。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。

PXI系统联盟定义的PXI平台规范要求PXI Express机箱在3.3 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。

由于基于PXI系统的新兴应用相继出现，PXI机箱的运行环境温度要求也在提高（高达55 ℃）。NI PXI机箱能够以最小的功率降额满足这一需求。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。

^{图2：NI PXI在整个温度范围内为背板提供指定功率。}

NI PXI机箱采用仪器级电源，可在指定的工作温度范围(0－50/55 ℃)内提供最低功率要求，无功率降额出现。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）。

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。这一设计特性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。

对于重视高可用性的系统，NI为其8槽及8槽以上机箱设计了易于更换的电源和风扇梭，以便在电源发生故障时进行更换。拧下固定大头螺丝后，从后部滑动取出/放入失败/替换电源风扇梭，可以快速进行更换。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风扇梭。

PXI系统的主要优势之一就是集成了定时和同步功能。PXI机箱包含专用的10 MHz系统参考时钟、PXI触发总线、星型触发总线和槽对槽本地总线，而PXI Express机箱增加了100 MHz差分系统时钟、差分信号和差分星型触发器，可满足高级定时和同步需求。

^{图3：PXI Express定时和同步功能是其主要优势。}

背板系统参考时钟的相位噪声和稳定性是PXI机箱的重要特性，因为它们决定了同步系统中模块的可靠性。 搭配NI PXI的组件可选和背板设计，18槽机箱上PXI Express 100 MHz差分系统时钟的相位噪声性能比其他同类供应商的机箱高出接近1,000倍(30 dB)。

可将10 MHz和100 MHz系统参考时钟通过锁相环(PLL)锁定至可靠性高于机箱背板的时钟源。这有助于采样率更高的PXI模块在多个仪器上更好地匹配采样。NI PXI机箱的PLL电路设计用于在锁定外部参考时抑制更多噪声，从而实现更清晰的高稳定性时钟源传输。对于其他供应商的机箱，根据应用所需的系统时钟源相位噪声，可能需要将外部参考时钟分别锁相到每个模块，而不是在系统级别锁相到机箱背板，最终导致系统复杂性和成本增加。

^{图4：比较PXI Express参考时钟性能。}

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