NI PXI 機箱設計優勢

NI 提供多款高效能的 PXI/PXI Express 機箱，適用於量測與自動化應用 (詳見表 1)。NI 機箱配備高效能背板，以及既堅固又穩定的機械封裝。不論是可攜式、桌上型、機架式、嵌入式，還是內建訊號處理功能的系統，NI 都能提供合適的機箱。NI PXI Express 機箱可相容 PXI Express 與 CompactPCI Express 模組。此外，NI 所有機箱均支援同時使用 PXI 與 CompactPCI 模組。此篇技術文件將說明 NI 設計的特殊功能，如機箱冷卻效能、雜訊/噪音抑制、電源供應穩定性。

NI 機箱經過專門設計與驗證，能因應或超越最耗電 PXI 模組在冷卻方面的需求。PXI 規格要求每個週邊插槽至少要達到 25 W 的功率，且每組插槽的散熱量要能相同。PXI Express 規格再將這項需求提高了約 20%，也就是說，機箱至少須能供應 30 W 的功率，也要達到同等的散熱量。

NI 所設計的 PXI Express 機箱的每個插槽至少能供應 38.25 W 的功率，也能發揮冷卻效果，能超越 PXI Express 的需求；部分機箱插槽的冷卻功能甚至更上一層樓，一個插槽的冷卻效果可以達到 58 W 或 82 W。示波器、高速數位 I/O (HSDIO)，以及 RF 模組等高效能模組的進階功能，都因為功率和冷卻效果加強的緣故，而能適用於必須連續擷取或高速測試的用途。機箱總功率各不相同，因此，設定新系統時，規劃系統層級的電力預算，絕對不會錯。

^{圖 1：NI PXIe-1062Q 採背面冷卻風扇設計專利。}

許多 NI PXI 機箱採用如圖 1 所示的後端冷卻風扇專利設計，從機箱後端 (2) 的導向葉片進氣，再平均分配至所有模組插槽 (1)。相較於安裝在模組下方的風扇設計，這種設計能提升冷卻效率，也能減少氣流停滯。風扇安裝於機箱後方，也能降低風扇馬達所造成的電子雜訊。

NI 也提供插槽盒，這是一種塑膠材質的模組化 PXI 填充介面卡，其用途是可以插在閒置未用的機箱插槽中。這麼做能減少空白插槽的旁通氣流，這麼一來，裝在插槽中的其他模組，溫度上升率最多能降低 20%。

表 1 示意冷卻效能的差異，也是 NI PXI 機箱設計優勢能超越其他主要供應商產品之處。評估依據是量測機箱所裝 PXI 模組上各元件所得到的平均溫度。風扇速度是「Auto」時，NI PXIe-1075 機箱能發揮相同的冷卻效能；而若切換為「High」，冷卻效能則會更好。

^{表 1： NI PXI 機箱與其他知名廠牌產品的冷卻效能差異比較。}

雖然部分 NI 機箱能達到更高的冷卻效能，但所有的 NI PXI Express 機箱的每個插槽至少都能發揮 38.25 W 的冷卻效能。另請務必注意，即便機箱插滿模組，且每個模組的功率耗散需求是 38.25 W，這個規格仍然有效。其他知名廠牌機箱則未必如此。雖然這些製造商聲稱能發揮超過 38.25 W 的功率和冷卻功能，但並非所有插槽皆能發揮這項功能，且機箱通常必須遵守限制或難以達到的注意事項。

最後，如表 2 所示，即使每個插槽的冷卻功率是 38.25 W，NI PXI Express 機箱的冷卻效能有時仍優於其他指定冷卻效能須達 38.25 W 以上的廠牌。 

雖然 NI PXI 能發揮更好的冷卻效能，但仍未忽略系統的整體音洩 (Acoustic Emission，AE)。PXI 系統可採桌上固定或機架固定，因此，音洩需求也不一樣。綜合考量風扇速度控制、所用風扇類型、風扇安裝方式等重點，就能兼顧冷卻效能最佳化與盡可能降低音洩兩種效果。

多款 NI PXI 機箱均支援使用風速選擇開關切換「High」或「Auto」兩種風扇速度。若設為「Auto」，會按照在機箱風扇進氣口測得的週圍氣溫控制機箱風扇速度。測得溫度低於 30 °C 時，機箱冷卻系統會優先考量聲音效能，盡可能降低音洩。但若週圍溫度高於 30 °C，機箱就會提高冷卻風扇速度。若風扇速度設為「High」，不論週遭溫度高低，風扇一律按最高速度轉動，提供最大氣流量。若使用上完全不需考慮噪音問題，且想盡可能擴大系統 PXI 模組冷卻範圍並延長其使用壽命，這會是最適合的模式。

^{表 2： 比較 PXI Express 機箱的音壓準位。}

^{* 音壓準位是根據 ISO 7779 在操作人員位置定義的}

^{** 限 38 W 冷卻設定檔模式；冷卻設定檔越高，音壓準位越高}

NI 於多款 PXI 機箱中採用脈寬調變 (PWM) 風扇，相較於傳統電壓控制風扇，能再進一步降低噪音。風扇採 PWM 訊號控制，能支援 NI 機箱工程師使用更大的風扇 RPM 設定範圍，也因此能夠微調機箱的音洩與冷卻效能。

為符合 (甚至超越) PXI 規格的冷卻需求，NI PXI 機箱必須使用高效能風扇。多款 NI 機箱所使用的風扇固定裝置均採用吸震材料製造，機箱主體不受風扇機械振動影響，能進一步降低相關噪音或雜訊。另有多款 NI PXI 機箱的風扇固定裝置和風扇均安裝於背面，能降低對 PXI 模組造成的電子雜訊 (EMI)。

NI PXI 機箱是專為降低系統整體音洩所設計，同時能維持絕佳的冷卻效能。如表 2 所示，部分機箱風扇更針對桌上型效能進一步最佳化，例如 PXIe-1084 的 38 W 冷卻模式。請注意，這裡的 10 dB 代表有感的兩倍雜訊差異。

NI 的多款 8 ~ 18 槽 PXI 與 PXI Express 機箱，全數採用儀器等級的電源供應器。因此，NI 能保證可以長期供應這些電源供應器，盡可能不因為更換電源供應器製造商而被迫更改機箱設計。相對而言，其他 PXI 供應商若只採用單一標準電腦電源供應器，要顧及電源供應器品質的難度較高。

NI PXI 機箱採用的儀器等級電源供應器均經過最佳化處理，符合 PXI 專用的功率需求，完全不同於個人電腦通用的 ATX 電源供應器。這些電源供應器是專用於 NI 機箱的客製化設計，能符合甚或超出 PXI 規格的最低功率需求。有了這些電源供應器，NI PXI Express 機箱至少能供應 38.25 W 的功率，供滿載機箱中的所有模組使用。部分機箱的功能甚至更上一層樓，比方說，PXIe-1095 能供應 82 W 的功率，因應滿載機箱中的所有模組所需。

^{表 3： NI PXI Express 機箱的設計能超越最小電流所需的 PXI 規格。}

NI 在其產品說明文件中註明機箱電源供應器能供應給模組的總功率。相對而言，許多廠商列出的資訊則是電源供應器的輸出。將電源供應器的總功率扣除機箱元件 (如風扇與背板) 的耗電量之後，模組與控制器可用功率應是固定功率。NI PXI 機箱手冊清楚載明各組電壓軌的電流，以及每個插槽的最大耗電量。

依據 PXI System Alliance (PXISA) 定義的 PXI 平台規格，PXI Express 機箱的 3.3 V 與 +12 V 背板軌應供應 650 W 功率，以利供應系統控制器與模組插槽的電力需求。比較不同廠商的 PXI 機箱時，請特別注意「Power supplied to the backplane」(背板供電功率) 或類似的規格，而不要只注意到總功率或插槽功率。不論是總功率、背板供電功率或插槽功率，NI 都能確實定義符合實際且一致的功率規格。其他廠商往往會註明一般安裝/操作環境無法達到的功率規格，容易誤導市場。

高作業環境溫度 (最高 55 °C) 需求用途採用 PXI 架構系統的需求越來越高。NI 的 PXI 機箱能在額定功率幾乎不降低的前提下因應這類需求。降低額定功率是指在作業溫度上升時或達到其他極端環境規格時，耗損供應到機箱插槽的電力。許多其他廠商的 PXI 機箱雖可於環境溫度較低 (20 ~ 35 ℃) 的情況下達到應有的 PXI 規格與功率，但只要溫度較高 (高於 40 °C)，系統就有可能出現較不穩定甚或故障的情形。

^{圖 2：NI PXI 能在完整的溫度範圍內按特定功率進行背板供電。}

NI PXI 機箱採用儀器等級的電源供應器，因此，即便超過特定的作業溫度範圍 (0 ~ 50/55 °C)，一樣能達到最低功率需求而不致於降低額定功率。若要重複作業，由於使用 NI PXI，因此您可以按資料表中指定的最高溫度操作裝滿模組的機箱 (請參閱產品手冊，了解特定 NI PXI 機箱型號的作業環境溫度範圍)。

機箱內活動機械 (特別是冷卻風扇) 所產生的電子雜訊，有可能會對 PXI 及 PXI Express 週邊模組的量測準確度不利。為避免這種情況，多款 NI 機箱不但在機箱背面安裝冷卻風扇，更使用 12 V 專用電源供應器，進行機箱冷卻風扇與系統控制器插槽供電，在某些情況下，這也是電源供應器風扇的電源，這是為了避免元件所產生的雜訊進入量測模組供電軌中。

大多數 NI 機箱還能遙測背板供電軌的輸出電壓，以利補償電壓壓降。這樣的設計特色對 PXI 與 PXI Express 機箱特別重要，尤其針對使用高功率模組的用途，因為在負載大幅變化時，這樣能讓背板發揮較好的調節功能。

若系統要求高度可用性，NI 也針對大多數 8 槽或以上的機箱，設計能輕鬆替換的電源供應器與風扇，能隨時因應故障情形輕鬆更換。只要拆下故障/需更換之電源供應器的螺絲，即可抽換機箱背面的電源供應器總成。這項設計能將電源供應器平均修復時間 (MTTR) 縮短到五分鐘以內。若機箱安裝於機架中，只要機箱後方空間足夠，即可更換電源供應器與風扇總成，不需再移除模組或重接 I/O。

PXI 系統的另一項重要優勢，就是整合了時序與同步化功能。PXI 機箱配備專用的 10 MHz 系統參考時脈、PXI 觸發匯流排、星形觸發匯流排、插槽對插槽本機匯流排；PXI Express 機箱則多了 100 MHz 差動系統時脈、差動訊號產生、差動星形觸發器，可因應高階時序與同步化作業需求。

^{圖 3：PXI Express 時序與同步化功能為主要優勢。}

背板系統參考時脈的相位雜訊與穩定性，均為 PXI 機箱的重要特性，兩者皆代表同步系統內部模組時能夠達到的穩定程度。 NI PXI 的眾多元件選擇加上背板設計，讓 18 槽機箱的 PXI Express 100 MHz 差動系統時脈相位雜訊效能能夠達到他牌同級機箱的 1000 倍 (30 dB)。

您可以將 10 MHz 與 100 MHz 系統參考時脈設為鎖相迴圈 (Phase-lock-loop，PLL)，讓機箱背板上的時脈源發揮更高的穩定性。如此一來，取樣率較高的 PXI 模組就更容易讓多組儀器的取樣率保持一致。NI PXI 機箱的 PLL 電路設計，是為了在鎖存為外部參考時能夠抑制更多雜訊，因此能更清晰地傳輸穩定度較高的時脈源。但若使用他廠機箱，則由於不同用途對於系統時脈源相位雜訊的要求不同，因此可能需要分別在每個模組設定外部參考時脈鎖相迴路，而不能在系統層級設定於機箱背板，系統自然會更複雜，成本也會更高。

^{圖 4：比較 PXI Express 參考時脈效能。}

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