PXI开关模块的矩阵扩展指南

由 cathy 提交于周三, 3 一月 2018 - 14:56

概览

矩阵开关是最通用的开关拓扑结构，有助于减少对附加仪器通道的需求。它由行和列组成，可以将任何输入连接到任何输出。使用矩阵开关系统，您可以将多个仪器连接到待测设备（UUT）上的各个测试点。如果扩展为大型开关系统，某些NI矩阵开关模块提供了矩阵扩展选项，可将多个矩阵组合为更大型的矩阵。这种功能可以进一步减少使用重复仪器的需求，从而降低测试成本。

本文将讨论基于PXI平台的NI开关的矩阵扩展选项，以满足模块化仪器的需求。有关扩展NI SCXI矩阵开关模块的信息，请查阅<a href="http://www.ni.com/white-paper/3628/en/">SCXI开关模块的矩阵扩展指南</a>。

1. 矩阵大小

矩阵大小通常描述为M行×N列（M×N）配置。一些常见的配置包括4 x 64、8 x 32和16 x 16。由于其灵活的架构，矩阵也很容易倒置，行变成列，列变成行。只需改变矩阵的连线方法即可轻松实现这一点。例如，4×64矩阵可以转换为64×4矩阵。这一点对于矩阵的选择特别有用，因为在某些情况下可以帮助用户节省时间和金钱。

借助一些模块，您可以将模块中的一个矩阵分成几个小型的配置。例如，您可以创建双矩阵或四矩阵配置，即一个模块提供两个或四个较小的矩阵。分区矩阵的一些常见示例包括2个4×32、2个8×16和四个4×16配置。

2. 接线盒配置

借助NI PXI矩阵切换模块，例如PXI/PXIe-2532B，您可以使用接线盒将每个矩阵配置为多种不同的1线和2线矩阵配置。事实上，PXI/PXIe-2532B与七个不同的接线盒一起使用时，能够支持十二种不同的矩阵拓扑结构。下表介绍了使用相应的矩阵模块和接线盒可轻松实现的一些示例配置。如需详细了解特定NI开关模块的拓扑选项，请参阅<a href="http://digital.ni.com/manuals.nsf/websearch/0EC55C99059A470A86257D9B005…帮助文档</a>的设备部分。

表1. 在PXI/PXIe-2532B开关模块和各种接线盒上可以实现的矩阵配置

3. 矩阵扩展

矩阵模块还可以作为构建块，用于创建超出单个模块大小的更大型配置。列扩展是指连接两个或多个矩阵模块之间每一行，可有效地使扩展矩阵内的列数加倍。行扩展是指连接两个或多个矩阵模块之间每一列，可有效地使扩展矩阵内的行数加倍。一些NI矩阵模块提供了用于轻松扩展矩阵的电缆或接线盒解决方案，比如PXI/PXIe-2532B、PXI-2535、PXI-2536或PXI-2541，只需连接所购买的附件，即可轻松扩展矩阵。

此外，NI SwitchBlock是一个基于载体的灵活矩阵扩展系统，用于使用多个矩阵卡来创建大型矩阵，而且无需额外布线。先将NI SwitchBlock载体插入PXI机箱，然后将各个矩阵卡插入到SwitchBlock载体中，这提供了另一种将多个矩阵组合成更大型矩阵的简便方法。有关SwitchBlock的更多信息，请阅读<a href="http://www.ni.com/white-paper/11969/en/">NI SwitchBlock白皮书</a>。

其他PXI矩阵模块需要使用接线盒或定制电缆之间的裸线来手动扩展矩阵，这不像预先构建的解决方案那样容易。

以下部分是扩展PXI矩阵开关模块的一些常见问题（FAQ）。

4. 矩阵开关扩展常见问题

如何确定我的矩阵需要多少个模块？

举例来说，假定你的应用需要一个14×184的矩阵，并且选择使用8×32矩阵模块来创建该矩阵。以下是操作步骤：

1. 确定单个开关模块的矩阵大小。 (8 x 32)

2. 将所需行数除以单个模块的行数。然后对结果向上取整。（14/8 = 1.75）»2个模块

3. 将所需列数除以单个模块的列数。然后对结果向上取整。（184/32 = 5.75）»6个模块

4. 将第2步和第3步得到的值相乘，就可以确定矩阵所需的模块数量。（2×6 = 12，这形成了16×192矩阵）

如何扩大行数？

您可以通过连接多个矩阵模块的列来扩展/增加矩阵中的行数。下图将两个4 x 64矩阵模块相连，通过连接每个模块的64列形成一个8 x 64矩阵。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2018-01/wen_zhang_/100009654-32728-j1.g…; alt=“图 1. 通过连接列来扩展矩阵的行数。” width="600"></center><center>图 1. 通过连接列来扩展矩阵的行数。</center>

如何扩展列数？如果要扩展列，通过连接每个模块的行即可扩展/增加矩阵的列数。下图将两个4 x 64矩阵模块相连，通过连接每个模块的4行形成一个4 x 128矩阵。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2018-01/wen_zhang_/100009654-32729-j2.g…; alt=“图 2. 通过连接行来扩展矩阵的列数。” width="600"></center><center>图 2. 通过连接行来扩展矩阵的列数。</center>

如何物理扩展矩阵？

您可以使用单独的电线将一个模块的端子连接到另一个模块的端子来物理扩展任何矩阵，但随着矩阵尺寸的增大，这一操作可能变得非常繁琐。例如，如果要使用八个16 x 16矩阵模块中构建128 x 16矩阵，则需要额外的时间来手动连接224根电线。NI为部分矩阵模块的列扩展提供了便捷的矩阵扩展解决方案，避免了这个繁琐的过程。例如，您可以使用扩展电缆来连接多个PXI-2532B矩阵模块，以扩大列数。

有关其他开关模块的矩阵扩展选项的更多信息，请参阅<a href="http://digital.ni.com/manuals.nsf/websearch/0EC55C99059A470A86257D9B005…帮助文档</a>的设备部分。

5. 矩阵扩展示例

例1.

使用TB-2643B接线盒和PXIe-2532B创建一个4 x 256（2线）矩阵。 TB-2643B将每个PXIe-2532B配置为单独的4 x 64 2线矩阵。

解决方法：

使用前面介绍的步骤，确定您需要的模块数量：

<ul>
<li type="disc">对于4行，您只需要一个模块（4/4 = 1）</li>
<li type="disc">对于256列，您将需要四个模块（256/64 = 4）</li>
</ul>

因此，您将需要4个（1 x 4 = 4）PXIe-2532B模块来构建所需的矩阵架构，以及相同数量的TB-2643B接线盒。您还需要三根带状电缆来连接每个接线盒的行连接接头，如下所示。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2018-01/wen_zhang_/100009654-32730-j3.p…; alt=“图 3. 使用行连接接头和带状电缆来扩展可用的列数。” width="600"></center><center>图 3. 使用行连接接头和带状电缆来扩展可用的列数。</center>

例2.

使用PXI-2536创建一个8×180（1线）矩阵。每个PXI-2536是一个独立的8×68 1线矩阵。

解决方法：

每个PXI-2536配有三个连接器，一个专用于列连接，一个用于行连接，另一个用于行连接输出。您可以使用行连接输出连接器和备用SHC68-C68-S电缆连接到其他PXI-2536矩阵模块。

使用前面介绍的步骤，确定您需要的模块数量：

<ul>
<li type="disc">对于8行，您只需要一个模块（8/8 = 1）</li>
<li type="disc">对于180列，您将需要三个模块（180/68 = 2.65 >> 3）</li>
</ul>

因此，您将需要三个（1 x 3 = 3）PXI-2536模块来构建所需的矩阵架构。如果使用PXI-2536来扩展矩阵，则必须使用SHC68-C68-S电缆。您将需要两根电缆用于矩阵扩展，另外还需要四根电缆来连接行和列。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2018-01/wen_zhang_/100009654-32731-j4.p…; alt=“图 4. 使用行输入和行输出连接器来扩展可用的列数。” width="600"></center><center>图 4. 使用行输入和行输出连接器来扩展可用的列数。</center>

例3.

使用PXIe-2541 RF矩阵模块创建一个8 x 36 RF矩阵（300 MHz带宽）。每个PXIe-2541是一个独立的8×12射频矩阵。

解决方法：

每个PXI-2541都配有MCX连接器，用于每列、行输入和行输出。您可以使用MCX-to-MCX电缆将行输出连接器连接到其他PXIe-2541矩阵模块。在构建射频开关系统时，应该尽可能缩短电缆，以保持信号完整性。

使用前面介绍的步骤，确定您需要的模块数量：

<ul>
<li type="disc">对于8行，您只需要一个模块（8/8 = 1）</li>
<li type="disc">对于36列，您将需要三个模块（36/12 = 3）</li>
</ul>

因此，您将需要三个（1 x 3 = 3）PXIe-2541模块来构建所需的矩阵架构。如果使用PXIe-2541进行列扩展，需要连接每个模块相邻的行，如下所示。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2018-01/wen_zhang_/100009654-32732-j5.p…; alt=“图 5. 使用行输入和行输出连接器来扩展可用的列数。” width="600"></center><center>图 5. 使用行输入和行输出连接器来扩展可用的列数。</center>

例4.

使用PXIe-2739矩阵模块创建一个32×32（2线）矩阵。每个PXIe-2739是一个独立的16×16 2线矩阵。

解决方法：

使用前面介绍的步骤，确定您需要的模块数量：
<ul>
<li type="disc">对于32行，您需要两个模块（32/16 = 2）</li>
<li type="disc">对于32行，您需要两个模块（32/16 = 2）</li>
</ul>

因此，您将需要四个（2 x 2 = 4）PXIe-2739模块来构建所需的矩阵架构。如果使用PXIe-2541进行列扩展，需要连接每个模块相邻的行，如下所示。我们不提供用于PXIe-2739的矩阵扩展附件，因此您需要使用另外的电线来连接接线盒，手动进行矩阵扩展，或者自行设计专门的电缆/PCB来组合相应的行和列。如果您选择自行设计电缆或PCB，则可访问www.ni.com/support，联系NI支持获取相匹配的连接器的信息。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2018-01/wen_zhang_/100009654-32733-j6.p…; alt=“图 6. 采用PXIe-2739模块构建的32 x 32 2线矩阵示意图。” width="600"></center><center>图 6. 采用PXIe-2739模块构建的32 x 32 2线矩阵示意图。</center>

6. 相关链接

如需了解更多NI开关产品，请访问以下资源：

<ul>
<li><a href="http://www.ni.com/white-paper/11969/en/">用于大型矩阵系统的NI SwitchBlock</a></li>
<li><a href="http://www.ni.com/white-paper/3628/en/">PXI开关模块的矩阵扩展指南</a></li>
<li><a href="http://www.ni.com/white-paper/2774/en/">如何选择合适的继电器</a></li>
<li><a href="http://www.ni.com/white-paper/4453/en/">了解开关拓扑结构</a></li>
</ul>

本文转载自：<a href="http://www.ni.com/white-paper/52936/zhs/">National Instruments公司</a>
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