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带 LXI 接口的 GPIB 或 LAN 注意事项

遥控器

测试设备（包括交流和直流电源）的计算机控制是构建自动测试系统（ATE）的关键要求，在一定程度上也是工程开发实验室实验的关键要求。这类计算机控制的主要要求包括
  • 可靠的通信，减少或消除通信错误
  • 数据传输速度
  • 支持 ATE 系统长期使用的行业标准，特别是在国防应用中
  • 设备互操作性允许 ATE 系统维护和升级
  • 成本和可用性

IEEE488 标准

从历史上看，IEEE488 接口总线（又称 GPIB）一直是实现这一目的的事实接口标准。该标准于 20 世纪 60 年代末由惠普公司（现为 Keysight）制定，当时称为惠普接口总线或 HPIB，最终被采纳为 IEEE 标准，通常称为通用接口总线 GPIB。 虽然它最初在早期的计算机和外设应用中得到了一定的使用，但很快就被计算机领域中速度更快、成本更低的接口标准所取代，因此如今 "GP "一词已有些名不副实。
然而，它在测试设备领域的蓬勃发展是由于其严格控制的技术规范，这使得它可以混合来自许多不同制造商的测试设备，并支持特定的 ATE 或仪器特定功能，如 SQR 和仪器的串行或并行轮询。

适用的 GPIB 标准

最初的惠普专用标准经过多年来一系列 IEEE 和欧洲 IEC 标准的努力，最终形成了 2004 年版本。在惠普公司的反对下，该标准现在还包括由美国国家仪器公司提供的 HS-488 高速数据传输模式，以解决原始 HPIB 接口数据传输速度相对较低的问题。
现行的 2004 年 IEEE/IEC 标准 IEC 60488-1《可编程仪器标准数字接口的更高性能协议标准 - 第 1 部分》[10] 取代了旧的 IEEE 488.1/IEC 60625-1 和 IEC 60488-2（第 2 部分）：10] 取代了较早的 IEEE 488.1/IEC 60625-1 和 IEC 60488-2（第 2 部分）。

GPIB 优点和缺点

具体来说，GPIB 有优点也有缺点：
优点
  • 经过验证的可靠通信接口，专用于测试设备计算机控制应用。
  • 长期支持（45 年以上）
  • 针对远程/本地、串行并行轮询和服务请求的本机硬件握手和硬件控制，提供了比 USB 或 LAN 等串行接口更高级别的控制，后者需要在软件层中添加这些功能。
此外，还有一些明显的缺点需要考虑：
缺点
  • GPIB 接口是一种并行总线，需要 24 个信号（包括接地和屏蔽）以及特殊的屏蔽电缆和连接器。这些电缆价格昂贵，长度有限。按照目前的标准，所需的 Centronics 型 24 针连接器很大，给 1U 全机架或半机架尺寸的测试设备带来了问题，因为 GPIB 连接器占据了可用后面板的很大一部分。
  • 理论上支持的仪器数量仅限于 30 台，但实际上要少得多，因为连接所有仪器的电缆总长度也有限。
  • 与 USB 和局域网等现代接口相比，所需的 GPIB 控制器和相关电缆的成本非常高。
  • 与 USB 或局域网相比，在测试设备中安装完全兼容的 GPIB 通话器/监听器的成本要高得多，从而增加了测试设备的成本。对于价格较低的测试设备来说，这种成本增加与整台仪器的成本相比是相当可观的。
  • 许多 GPIB 控制器都基于 ISA、PCI 或 PCIe 等计算机总线标准，但这些标准已经消失。随着新电脑越来越多地依赖 USB、Thunderbolt 和 LAN 等串行接口，这可能会导致将来更难获得 GPIB 控制器。
  • 基于 PC 的 GPIB 控制器的唯一来源。由于 GPIB 控制器的市场日益萎缩，除 National Instruments 之外的大多数 GPIB 控制器制造商都已销声匿迹。
典型的基于 PCI 总线的 GPIB 控制器如下图 1 所示。
图 1：PCI 总线 GPIB 控制器

USB 和局域网是替代方案吗？

从成本角度来看，使用 USB 或局域网代替 GPIB 控制仪器似乎是一个显而易见的选择。然而，GPIB 所提供的用于控制和管理测试设备的若干功能已经缺失，必须以其他方式实现。 这意味着在 ATE 应用中，简单的 USB 或局域网方法并不能真正替代 GPIB。
当然，USB 和局域网的优势显而易见：
  • 数据传输速度必须更快。即使考虑到 GPIB 一次传输一个字节而不是一次传输一个比特的并行特性，并考虑到 HS-488 比基本 GPIB 的理论速度提高了 8 倍，现代 USB-3 和局域网的速度也分别达到了 5 Gb/秒...和 10 Gb/秒，数据传输速率高出几个数量级。
  • USB 和局域网在任何个人电脑或其他计算机设备上 "基本上 "都是免费的。与所需的 GPIB 通话器/监听器逻辑和连接器相比，测试设备本身的 USB 和局域网成本也很低。
不过，也有一些缺点需要考虑：
  • 由于缺乏 ATE 特有的功能，如 SRQ、ATN、设备触发器、USB 和 LAN 上的并行或串行轮询与 GPIB 标准相比，通常需要添加额外的协议层，而其中大多数协议层都未标准化。
  • USB 是点对点接口，不是星型拓扑结构，因此与多个仪器通信需要多个 USB 端口或集线器
  • 局域网是一个共享接口，因此数据传输速率会受到连接到同一网段或计算机的仪器数量的影响。
  • 将测试设备连接到公司网络会使其面临未经授权远程访问的潜在风险。就电源而言，这可能会对在 ATE 系统上工作的员工的安全造成极大威胁。使用隔离的专用本地局域网段是减轻这种风险的最佳方法。一些测试设备（如太平洋的 AFX 系列）提供用户访问控制功能，以确保网络安全。

速度和延迟基准

有几项基准测试对 GPIB、LAN 和 PXI 的总体吞吐量进行了比较。 虽然 PXI 在速度方面有许多优势，但由于其外形尺寸小，而且严重缺乏可编程电源所需的电源和冷却系统，因此不适合用于电源测试设备。 部分结果如下图 2 所示。请注意，数据传输速率和延迟只是 ATE 整体性能的一个方面，在选择接口解决方案时还应权衡其他因素，如长期支持、成本和易于集成等。
图 2：速度基准标记（© National Instruments）

LXI 标准

LXI 标准由一个测试设备制造商联盟制定，旨在解决与在 ATE 系统中使用局域网控制测试设备相关的一些问题。LXI 标准是 "Lan eXtension for Instrumentation "的缩写，自 2005 年起开始实施，并得到了 LXI 联盟的积极支持。(https://www.lxistandard.org/ ) 用于配备局域网的仪器的 LXI 标准有助于缩短设置、配置和调试测试系统所需的时间。LXI 是一种基于以太网的开放式可访问标准，它确定了与功能测试、测量和数据采集行业相关的规范和解决方案。以下是使用 LXI 构建测试系统的一些主要优势：
  • 利用电信业基础设施
  • 利用无处不在的廉价局域网组件降低测试系统成本
  • 简化系统集成
  • 提供高性能
  • 确保广泛的仪器可用性
  • IVI 驱动程序要求使不同产品的外观和感觉标准化
  • 内置网络服务器，用于远程访问和控制设备
图 3：AFX 系列网络界面 - 编程和测量

为什么重要？

GPIB 总线标准已经非常老旧，对它的支持也越来越少。许多新仪器不再提供 GPIB 接口。 随着 TI 和计算机行业使用的更快、更便宜的接口获得更多资金和开发资源的投入，这种趋势很可能会继续下去。 太平洋电源为其所有电源提供 GPIB 接口选项。 在新一代型号（如 AFX 系列）上，LXI/LAN 与 USB 一起被列为标准接口。

结论

在选择交流或直流可编程电源时，应考虑现在或将来在 ATE 系统中使用 LXI 时的可用性。 当然，GPIB、USB 和 LAN 等多种总线解决方案的组合也是可能的，但出于成本、集成简便性和长期支持的考虑，需要慎重考虑。
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遥控器

测试设备（包括交流和直流电源）的计算机控制是构建自动测试系统（ATE）的关键要求，在一定程度上也是工程开发实验室实验的关键要求。这类计算机控制的主要要求包括
  • 可靠的通信，减少或消除通信错误
  • 数据传输速度
  • 支持 ATE 系统长期使用的行业标准，特别是在国防应用中
  • 设备互操作性允许 ATE 系统维护和升级
  • 成本和可用性

IEEE488 标准

从历史上看，IEEE488 接口总线（又称 GPIB）一直是实现这一目的的事实接口标准。该标准于 20 世纪 60 年代末由惠普公司（现为 Keysight）制定，当时称为惠普接口总线或 HPIB，最终被采纳为 IEEE 标准，通常称为通用接口总线 GPIB。 虽然它最初在早期的计算机和外设应用中得到了一定的使用，但很快就被计算机领域中速度更快、成本更低的接口标准所取代，因此如今 "GP "一词已有些名不副实。
然而，它在测试设备领域的蓬勃发展是由于其严格控制的技术规范，这使得它可以混合来自许多不同制造商的测试设备，并支持特定的 ATE 或仪器特定功能，如 SQR 和仪器的串行或并行轮询。

适用的 GPIB 标准

最初的惠普专用标准经过多年来一系列 IEEE 和欧洲 IEC 标准的努力，最终形成了 2004 年版本。在惠普公司的反对下，该标准现在还包括由美国国家仪器公司提供的 HS-488 高速数据传输模式，以解决原始 HPIB 接口数据传输速度相对较低的问题。
现行的 2004 年 IEEE/IEC 标准 IEC 60488-1《可编程仪器标准数字接口的更高性能协议标准 - 第 1 部分》[10] 取代了旧的 IEEE 488.1/IEC 60625-1 和 IEC 60488-2（第 2 部分）：10] 取代了较早的 IEEE 488.1/IEC 60625-1 和 IEC 60488-2（第 2 部分）。

GPIB 优点和缺点

具体来说，GPIB 有优点也有缺点：
优点
  • 经过验证的可靠通信接口，专用于测试设备计算机控制应用。
  • 长期支持（45 年以上）
  • 针对远程/本地、串行并行轮询和服务请求的本机硬件握手和硬件控制，提供了比 USB 或 LAN 等串行接口更高级别的控制，后者需要在软件层中添加这些功能。
此外，还有一些明显的缺点需要考虑：
缺点
  • GPIB 接口是一种并行总线，需要 24 个信号（包括接地和屏蔽）以及特殊的屏蔽电缆和连接器。这些电缆价格昂贵，长度有限。按照目前的标准，所需的 Centronics 型 24 针连接器很大，给 1U 全机架或半机架尺寸的测试设备带来了问题，因为 GPIB 连接器占据了可用后面板的很大一部分。
  • 理论上支持的仪器数量仅限于 30 台，但实际上要少得多，因为连接所有仪器的电缆总长度也有限。
  • 与 USB 和局域网等现代接口相比，所需的 GPIB 控制器和相关电缆的成本非常高。
  • 与 USB 或局域网相比，在测试设备中安装完全兼容的 GPIB 通话器/监听器的成本要高得多，从而增加了测试设备的成本。对于价格较低的测试设备来说，这种成本增加与整台仪器的成本相比是相当可观的。
  • 许多 GPIB 控制器都基于 ISA、PCI 或 PCIe 等计算机总线标准，但这些标准已经消失。随着新电脑越来越多地依赖 USB、Thunderbolt 和 LAN 等串行接口，这可能会导致将来更难获得 GPIB 控制器。
  • 基于 PC 的 GPIB 控制器的唯一来源。由于 GPIB 控制器的市场日益萎缩，除 National Instruments 之外的大多数 GPIB 控制器制造商都已销声匿迹。
典型的基于 PCI 总线的 GPIB 控制器如下图 1 所示。
图 1：PCI 总线 GPIB 控制器

USB 和局域网是替代方案吗？

从成本角度来看，使用 USB 或局域网代替 GPIB 控制仪器似乎是一个显而易见的选择。然而，GPIB 所提供的用于控制和管理测试设备的若干功能已经缺失，必须以其他方式实现。 这意味着在 ATE 应用中，简单的 USB 或局域网方法并不能真正替代 GPIB。
当然，USB 和局域网的优势显而易见：
  • 数据传输速度必须更快。即使考虑到 GPIB 一次传输一个字节而不是一次传输一个比特的并行特性，并考虑到 HS-488 比基本 GPIB 的理论速度提高了 8 倍，现代 USB-3 和局域网的速度也分别达到了 5 Gb/秒...和 10 Gb/秒，数据传输速率高出几个数量级。
  • USB 和局域网在任何个人电脑或其他计算机设备上 "基本上 "都是免费的。与所需的 GPIB 通话器/监听器逻辑和连接器相比，测试设备本身的 USB 和局域网成本也很低。
不过，也有一些缺点需要考虑：
  • 由于缺乏 ATE 特有的功能，如 SRQ、ATN、设备触发器、USB 和 LAN 上的并行或串行轮询与 GPIB 标准相比，通常需要添加额外的协议层，而其中大多数协议层都未标准化。
  • USB 是点对点接口，不是星型拓扑结构，因此与多个仪器通信需要多个 USB 端口或集线器
  • 局域网是一个共享接口，因此数据传输速率会受到连接到同一网段或计算机的仪器数量的影响。
  • 将测试设备连接到公司网络会使其面临未经授权远程访问的潜在风险。就电源而言，这可能会对在 ATE 系统上工作的员工的安全造成极大威胁。使用隔离的专用本地局域网段是减轻这种风险的最佳方法。一些测试设备（如太平洋的 AFX 系列）提供用户访问控制功能，以确保网络安全。

速度和延迟基准

有几项基准测试对 GPIB、LAN 和 PXI 的总体吞吐量进行了比较。 虽然 PXI 在速度方面有许多优势，但由于其外形尺寸小，而且严重缺乏可编程电源所需的电源和冷却系统，因此不适合用于电源测试设备。 部分结果如下图 2 所示。请注意，数据传输速率和延迟只是 ATE 整体性能的一个方面，在选择接口解决方案时还应权衡其他因素，如长期支持、成本和易于集成等。
图 2：速度基准标记（© National Instruments）

LXI 标准

LXI 标准由一个测试设备制造商联盟制定，旨在解决与在 ATE 系统中使用局域网控制测试设备相关的一些问题。LXI 标准是 "Lan eXtension for Instrumentation "的缩写，自 2005 年起开始实施，并得到了 LXI 联盟的积极支持。(https://www.lxistandard.org/ ) 用于配备局域网的仪器的 LXI 标准有助于缩短设置、配置和调试测试系统所需的时间。LXI 是一种基于以太网的开放式可访问标准，它确定了与功能测试、测量和数据采集行业相关的规范和解决方案。以下是使用 LXI 构建测试系统的一些主要优势：
  • 利用电信业基础设施
  • 利用无处不在的廉价局域网组件降低测试系统成本
  • 简化系统集成
  • 提供高性能
  • 确保广泛的仪器可用性
  • IVI 驱动程序要求使不同产品的外观和感觉标准化
  • 内置网络服务器，用于远程访问和控制设备
图 3：AFX 系列网络界面 - 编程和测量

为什么重要？

GPIB 总线标准已经非常老旧，对它的支持也越来越少。许多新仪器不再提供 GPIB 接口。 随着 TI 和计算机行业使用的更快、更便宜的接口获得更多资金和开发资源的投入，这种趋势很可能会继续下去。 太平洋电源为其所有电源提供 GPIB 接口选项。 在新一代型号（如 AFX 系列）上，LXI/LAN 与 USB 一起被列为标准接口。

结论

在选择交流或直流可编程电源时，应考虑现在或将来在 ATE 系统中使用 LXI 时的可用性。 当然，GPIB、USB 和 LAN 等多种总线解决方案的组合也是可能的，但出于成本、集成简便性和长期支持的考虑，需要慎重考虑。
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