论文部分内容阅读
[摘 要]介绍了一种基于PXI结构的通用机箱的设计，包括机箱的结构设计，通信方式，时频设计，散热设计等，将机箱与市面上的PXI机箱进行了比较，机箱已经完成了生产，并经过了工程验证，可以满足地面设备与车载设备的工程需求。
[关键词]PXI 机箱
中图分类号：TP854.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0209-01
1 引言
为提高工程师的工作效率，避免重复设计，整件的标准化、通用化势在必行。PXI总线为目前国内外市场上最为通用的标准总线规范之一，当今的工程应用中，很多板卡设计是基于该总线进行的，所以针对这种板卡的PXI机箱得到了很大应用，本文就是针对PXI板卡，提出了一种PXI机箱的设计方法。
2 机箱设计
NI、凌华等公司有PXI机箱货架产品，且在项目中进行了初步工程应用，如图1所示。
虽然该机箱是货架产品，但是在工程实际应用中，还是存在一些问题，本文设计的机箱针对工程中遇到的问题进行了一些改进。
2.1 结构设计：
PXI机箱和设备是为承受工业和野外环境而设计的，各模块都具有牢固的接插端， 上下两侧的导轨牢牢的紧固住PXI模块，减轻了背板的承受力，也使模块避免承受撞击和振动可以抵抗撞击和振动。原PXI机箱空间浪费较大，非板卡区域无法利用，而且箱体过宽，不利于工程中的机柜使用，整个机箱是4U设计，如果机箱内板卡较少的话，会造成空间浪费，本文设计的机箱改成了2U机箱，将PXI板卡区后置，箱体前部设置自定义区，增加机箱箱体的空间利用率。PXI板卡采用横向插入的方法，每个机箱最多可以插入8块PXI板卡，机箱设计的布局示意图如下所示
其中，母板为自行研制，供电完全按照标准PXI规范进行设计，而且机箱两侧可以加装导轨，便于工程中的机柜使用
2.2 通信及显控设计
原PXI机箱，没有显控界面，只能通过外接电脑进行显控，本文设计的机箱由于将插卡区域后置，机箱前面板采用了液晶屏和按键，可以通过按键对机箱进行简单的操作，液晶屏能够显示机箱状态，实际工程应用中，液晶显示如下图所示
普通PXI机箱通过零槽模块，管理PXI板卡，成本很高，为了便于管理机箱内部的各个PXI板卡，根据工程需求，自行研发了机箱监控单元，，本机箱采用串口进行通信，放入机箱的非标区，主要功能有3个：一是管理内部PXI板卡，二是控制前面板液晶屏进行相应的显示，三是控制机箱PWM风扇转速，从而对机箱内部温度进行控制，PXI机箱由于板卡比较密集，必须有强迫制冷装置，产生特定方向的气流，均匀冷却所有模块，本机箱采用在机箱一侧安装小型风扇的方式达到制冷目的，风扇采用PWM风扇，该风扇通过机箱监控单元嵌入式程序进行转速控制，是机箱内气流从一侧固定流向另一侧，从而达到制冷效果。
2.3 系统时钟设计
原PXI机箱时钟信号指标较差，很多时候不能满足高精度的板卡需求，本次机箱设计中，在机箱非标区内，加入了一个小型的铷钟，型号为LNRCLOK-1500，能够提供更加精准的时频信号，背板上有时频板卡插槽，该时频板卡通过分路，将时频信号1PPS和10M，输送到背板上，并由背板电路输送到各个槽位，减少了外部连线，是外部结构更加美观，可靠。为了验证从母板向板卡输入的时频信号是否能够满足工程需求，也用不同类型的PXI板卡做了测试，包括收发终端，上变频器，下变频器等工程中常用的板卡，其中L波段上变频器，上变频频点为1.075GHz，频偏为10KHz时，从前面板输入时频信号，其相位噪声为-86.85dB/Hz，频谱如下图所示
從母板输入时频信号时，其相位噪声为 -85.51dB/Hz。频谱如下图所示
实验结果表明：中心频率为1.075GHz的L波段上变频器，从母板输入时频信号与从前面板输入时频信号相比，从背板输入时频信号时相位噪声稍微差一点； 但是两者都能满足工程需求。
3 结语
该机箱性能优良，外型小巧，便于携带，维护和升级的方便，而且成本较低，兼容性及扩展性很好，可广泛应用于导航测试、地面站及车载站等工程领域，适用于作为标准PXI板卡单元的承载平台。
[关键词]PXI 机箱
中图分类号：TP854.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0209-01
1 引言
为提高工程师的工作效率，避免重复设计，整件的标准化、通用化势在必行。PXI总线为目前国内外市场上最为通用的标准总线规范之一，当今的工程应用中，很多板卡设计是基于该总线进行的，所以针对这种板卡的PXI机箱得到了很大应用，本文就是针对PXI板卡，提出了一种PXI机箱的设计方法。
2 机箱设计
NI、凌华等公司有PXI机箱货架产品，且在项目中进行了初步工程应用，如图1所示。
虽然该机箱是货架产品，但是在工程实际应用中，还是存在一些问题，本文设计的机箱针对工程中遇到的问题进行了一些改进。
2.1 结构设计：
PXI机箱和设备是为承受工业和野外环境而设计的，各模块都具有牢固的接插端， 上下两侧的导轨牢牢的紧固住PXI模块，减轻了背板的承受力，也使模块避免承受撞击和振动可以抵抗撞击和振动。原PXI机箱空间浪费较大，非板卡区域无法利用，而且箱体过宽，不利于工程中的机柜使用，整个机箱是4U设计，如果机箱内板卡较少的话，会造成空间浪费，本文设计的机箱改成了2U机箱，将PXI板卡区后置，箱体前部设置自定义区，增加机箱箱体的空间利用率。PXI板卡采用横向插入的方法，每个机箱最多可以插入8块PXI板卡，机箱设计的布局示意图如下所示
其中，母板为自行研制，供电完全按照标准PXI规范进行设计，而且机箱两侧可以加装导轨，便于工程中的机柜使用
2.2 通信及显控设计
原PXI机箱，没有显控界面，只能通过外接电脑进行显控，本文设计的机箱由于将插卡区域后置，机箱前面板采用了液晶屏和按键，可以通过按键对机箱进行简单的操作，液晶屏能够显示机箱状态，实际工程应用中，液晶显示如下图所示
普通PXI机箱通过零槽模块，管理PXI板卡，成本很高，为了便于管理机箱内部的各个PXI板卡，根据工程需求，自行研发了机箱监控单元，，本机箱采用串口进行通信，放入机箱的非标区，主要功能有3个：一是管理内部PXI板卡，二是控制前面板液晶屏进行相应的显示，三是控制机箱PWM风扇转速，从而对机箱内部温度进行控制，PXI机箱由于板卡比较密集，必须有强迫制冷装置，产生特定方向的气流，均匀冷却所有模块，本机箱采用在机箱一侧安装小型风扇的方式达到制冷目的，风扇采用PWM风扇，该风扇通过机箱监控单元嵌入式程序进行转速控制，是机箱内气流从一侧固定流向另一侧，从而达到制冷效果。
2.3 系统时钟设计
原PXI机箱时钟信号指标较差，很多时候不能满足高精度的板卡需求，本次机箱设计中，在机箱非标区内，加入了一个小型的铷钟，型号为LNRCLOK-1500，能够提供更加精准的时频信号，背板上有时频板卡插槽，该时频板卡通过分路，将时频信号1PPS和10M，输送到背板上，并由背板电路输送到各个槽位，减少了外部连线，是外部结构更加美观，可靠。为了验证从母板向板卡输入的时频信号是否能够满足工程需求，也用不同类型的PXI板卡做了测试，包括收发终端，上变频器，下变频器等工程中常用的板卡，其中L波段上变频器，上变频频点为1.075GHz，频偏为10KHz时，从前面板输入时频信号，其相位噪声为-86.85dB/Hz，频谱如下图所示
從母板输入时频信号时，其相位噪声为 -85.51dB/Hz。频谱如下图所示
实验结果表明：中心频率为1.075GHz的L波段上变频器，从母板输入时频信号与从前面板输入时频信号相比，从背板输入时频信号时相位噪声稍微差一点； 但是两者都能满足工程需求。
3 结语
该机箱性能优良，外型小巧，便于携带，维护和升级的方便，而且成本较低，兼容性及扩展性很好，可广泛应用于导航测试、地面站及车载站等工程领域，适用于作为标准PXI板卡单元的承载平台。