Avantages de la conception des châssis NI PXI

Agissant comme la structure centrale d’un système PXI, le châssis est comparable au boîtier et à la carte mère d’un PC. Il fournit l’alimentation, le refroidissement, un bus de communication et tous les instruments qu’il contient. De plus, il propose également des capacités de cadencement, de déclenchement et de synchronisation qui rendent la technologie PXI si puissante pour les applications de test automatique. Les châssis NI sont dotés de fonds de panier hautes performances et d’un ensemble mécanique robuste et fiable. Disponible dans des tailles allant de 2 à 18 emplacements, vous pouvez trouver le châssis NI adapté à votre application, que vous ayez besoin d’un système portable, sur table, monté en baie ou embarqué. Les châssis NI PXI Express sont compatibles avec les modules PXI Express, PXI, CompactPCI Express et CompactPCI. Dans cet article, découvrez les fonctionnalités de conception NI suivantes qui améliorent les performances et la fiabilité par rapport aux autres châssis disponibles sur le marché :

• Performances de refroidissement : les châssis NI dépassent les exigences de refroidissement PXI Express et de nombreux châssis peuvent fournir un refroidissement de 58 W ou 82 W pour les modules hautes performances.
• Acoustique : conçu pour minimiser les émissions acoustiques de votre poste de travail ou de votre laboratoire afin de réduire la quantité de bruit électrique (EMI) transmise aux modules PXI pour les mesures sensibles.
• Alimentations : les alimentations de châssis NI PXI sont conçues sur mesure et NI reste propriétaire de la conception pour la fiabilité et la facilité d’entretien sur l’ensemble de la plage de température de fonctionnement et de la gamme d’entrée CA sans déclassement de puissance.
• Cadencement et synchronisation : les fonctionnalités d’horloge, de bus et de déclenchement hautes performances simplifient le cadencement à différents niveaux de précision et de synchronisation sur plusieurs bases temporelles couvrant des architectures à châssis unique et multichâssis complexes.

Chaque châssis PXI comporte une variété d’emplacements différents : l’emplacement système, utilisé pour le contrôleur embarqué, les emplacements périphériques, utilisés pour les modules PXI Express, et les emplacements hybrides utilisés pour les modules PXI ou PXI Express. La spécification PXI Express (définie par la PXI Systems Alliance) requiert un minimum de 30 W de puissance disponible pour chaque emplacement périphérique, mais n’impose pas d’exigences spécifiques concernant le refroidissement des modules. Les châssis PXI d’autres fournisseurs peuvent répondre aux spécifications de puissance minimales, mais en réalité, ils peuvent avoir des performances de puissance et de refroidissement considérablement différentes en raison de choix de conception spécifiques, tels que la position du ventilateur. Bien que ces fournisseurs affirment proposer une capacité d’alimentation et de refroidissement supérieure à 82 W, cela n’est pas vrai pour chaque emplacement et nécessite souvent que le châssis respecte des conditions limitatives ou difficiles à atteindre.

Les châssis NI PXI Express de dernière génération sont conçus et validés pour répondre ou dépasser les exigences de refroidissement des modules PXI les plus exigeants en termes d’alimentation en fournissant au moins 58 W de refroidissement pour chaque emplacement d’un châssis PXI. Cette capacité de refroidissement permet une flexibilité maximale dans le placement de vos instruments dans votre châssis.

En outre, certains châssis NI PXI poussent encore plus loin la capacité de refroidissement des emplacements et peuvent fournir 82 W de refroidissement pour un emplacement unique, permettant ainsi des capacités avancées de modules hautes performances, tels que les numériseurs, les E/S numériques haute vitesse et les modules RF, dans des applications pouvant nécessiter une acquisition continue ou des tests haute vitesse. La puissance totale des châssis PXI varie, il est donc toujours préférable de réaliser un bilan énergétique au niveau du système lors de la configuration d’un nouveau système. Le châssis PXI Express de pointe de NI prend en charge la pleine puissance et le refroidissement sans bilan énergétique.

Les châssis NI peuvent supporter un châssis entièrement rempli d’instruments à puissance élevée qui incluent les types de modules suivants : 

• Instruments de pattern numérique au format NI PXI
• Alimentations 300 W NI PXI
• Charges électroniques 300 W NI PXI
• Transcepteurs de signaux vectoriels NI PXI
• Instrument NI PXI série haute vitesse

^{Figure 1 : Le châssis NI PXIe-1095 est équipé de la conception brevetée de ventilateur de refroidissement arrière.}

De nombreux châssis NI PXI présentent une conception brevetée de ventilateur de refroidissement arrière, comme illustré à la Figure 1, où l’air à l’arrière du châssis (2) passe à travers une palette tournante et est réparti uniformément dans tous les emplacements du module (1). La conception fournit un refroidissement accru et moins de points stagnants dans le flux d’air par rapport aux conceptions de châssis où les ventilateurs sont situés directement sous les modules. Les ventilateurs à l’arrière du châssis permettent également de réduire la quantité de bruit électrique provenant des moteurs des ventilateurs à laquelle les modules sont soumis.

NI propose également des bloqueurs d’emplacement, des cartes PXI de remplissage modulaires en plastique qui peuvent être installées sur les emplacements inutilisés du châssis. Les bloqueurs d’emplacement améliorent le flux d’air vers les emplacements remplis en réduisant le contournement du flux d’air dans les emplacements vides, offrant une réduction de jusqu’à 20 % de la hausse de température des composants électroniques sur les modules installés.

Grâce à ces avantages de conception, le châssis NI PXI peut fournir des performances de refroidissement améliorées par rapport aux autres principaux fournisseurs, ce qui est évalué en mesurant la différence de température moyenne des composants sur un module PXI inséré dans le châssis (min-max). Dans une évaluation de référence, le châssis NI PXIe-1095 a fourni des performances de refroidissement supérieures de 4,6 °C avec le réglage de ventilateur élevé de 58 W (5 200 tr/min à 55 °C de température ambiante).

Même avec leurs capacités avancées de performances de refroidissement, les châssis NI PXI sont conçus pour minimiser les émissions acoustiques globales du système. Ces considérations sont importantes, car les systèmes PXI sont utilisés à la fois dans des environnements de test automatique en baie et de validation sur table, où les exigences en matière d’émissions acoustiques diffèrent. La combinaison du contrôle de la vitesse du ventilateur, du type de ventilateur utilisé et de la méthode de montage du ventilateur permet une optimisation du refroidissement tout en minimisant le bruit acoustique émis.

De nombreux châssis NI PXI vous permettent de choisir entre deux vitesses de ventilateur, élevée ou auto, en utilisant un commutateur de sélection de vitesse de ventilateur. Lorsqu’elle est réglée sur auto, la vitesse du ventilateur du châssis est contrôlée proportionnellement à la température ambiante de l’air telle qu’elle est détectée à l’entrée du ventilateur du châssis. En dessous de 30 °C, le système de refroidissement du châssis fonctionne dans une zone de performance acoustique, où les émissions acoustiques sont minimisées. Lorsque la température ambiante mesurée dépasse 30 °C, la vitesse du ventilateur de refroidissement du châssis augmente en conséquence. Lorsque la vitesse du ventilateur est réglée sur élevée, le châssis fournit un débit d’air maximal indépendant de la température ambiante. Ce mode est particulièrement approprié pour les applications dans lesquelles le bruit acoustique n’est pas important.

^{* Le niveau de pression acoustique est défini au poste de l’opérateur conformément à la norme ISO 7779}

^{** Mode de profil de refroidissement de 38 W uniquement ; les profils de refroidissement plus élevés présentent un niveau de pression acoustique plus élevé}

^{Tableau 1 : Comparaison du niveau de pression acoustique des châssis PXI Express.}

NI intègre des ventilateurs à modulation de largeur d’impulsion (PWM) dans bon nombre de ses châssis PXI pour réduire davantage les émissions acoustiques par rapport aux ventilateurs traditionnels contrôlés par tension. Grâce au contrôle du signal PWM du ventilateur, le concepteur du châssis NI peut utiliser une gamme plus large de paramètres de régime du ventilateur, ce qui permet d’ajuster précisément les émissions acoustiques et les performances de refroidissement du châssis.

Pour répondre aux exigences de refroidissement de la spécification PXI (et les dépasser), les ventilateurs sélectionnés pour l’implémentation dans un châssis PXI NI doivent être puissants. De nombreux châssis NI utilisent des supports de ventilateur fabriqués en matériaux amortissant les vibrations pour isoler le châssis des vibrations mécaniques dans les ventilateurs, réduisant ainsi davantage le bruit acoustique. Dans de nombreux châssis NI PXI, ces supports, et donc les ventilateurs, sont placés à l’arrière, ce qui contribue à réduire la quantité de bruit électrique (EMI) transmise aux modules PXI.

Les châssis NI PXI sont conçus pour minimiser les émissions acoustiques globales du système et peuvent le faire tout en offrant des performances de refroidissement avancées. Comme indiqué dans le Tableau 2, certains ventilateurs de châssis ont été optimisés davantage pour les performances sur table, comme le PXIe-1084 dans son mode de refroidissement 38 W. Notez que 10 dB se traduisent ici par un volume sonore perçu moitié moins élevé.

Les spécifications de la plateforme PXI, telles que définies par la PXI Systems Alliance, exigent qu’un châssis PXI Express à 18 emplacements fournisse 650 W de puissance sur les rails de fond de panier 3,3 V, 5 V et +12 V pour alimenter les emplacements de contrôleur système et de module. Il est important de comparer les châssis PXI des différents fournisseurs avec la spécification « puissance fournie au fond de panier » (ou similaire), et pas seulement la puissance totale ou la puissance par emplacement. NI veille à définir les spécifications de puissance de manière réaliste et cohérente, qu’il s’agisse de la puissance totale, de la puissance fournie au fond de panier ou de la puissance par emplacement. D’autres fournisseurs commercialisent souvent des spécifications d’alimentation trompeuses qui ne peuvent pas être atteintes dans des environnements d’installation/exploitation typiques.

Dans sa documentation produit, NI spécifie la puissance totale disponible pour les modules à partir de l’alimentation du châssis. En revanche, de nombreux autres fournisseurs indiquent la sortie de l’alimentation. En soustrayant la puissance consommée par les composants du châssis tels que les ventilateurs et le fond de panier de la puissance totale de l’alimentation, la documentation NI spécifie la puissance utilisable disponible pour le contrôleur et les modules. Les manuels de châssis NI PXI indiquent clairement le courant disponible sur chaque rail de tension et la dissipation de puissance maximale par emplacement.

Contrairement aux autres fournisseurs PXI sur le marché, NI reste propriétaire de la conception des alimentations pour l’instrumentation dans bon nombre de ses châssis PXI et PXI Express de 8 à 18 emplacements. Par conséquent, NI peut garantir la disponibilité à long terme de ces alimentations et moins de modifications de conception de son châssis en raison des changements de fabricant de l’alimentation. En revanche, les autres fournisseurs PXI qui utilisent uniquement une alimentation PC standard ont peu ou pas de contrôle sur la qualité de leurs alimentations.

Les alimentations pour l’instrumentation intégrées dans les châssis NI PXI sont optimisées pour répondre aux exigences d’alimentation uniques du PXI contrairement aux alimentations conçues pour un usage général dans les ordinateurs personnels. Les alimentations NI sont conçues sur mesure pour que les châssis NI répondent et dépassent les exigences de puissance minimale des spécifications PXI. Par exemple, avec ces alimentations, les châssis NI PXI Express hautes performances peuvent fournir au moins 82 W à tous les emplacements du châssis.

^{Tableau 2 : Les châssis NI PXI Express sont conçus pour dépasser les spécifications PXI en ce qui concerne le courant minimum par emplacement.}

Pour les systèmes dans lesquels la haute disponibilité est un problème, NI a conçu des alimentations et des ventilateurs faciles à remplacer pour certains de ses châssis à 9 emplacements et plus. En cas de panne d’alimentation, l’utilisateur peut remplacer l’alimentation par l’arrière en faisant glisser l’alimentation défaillante/de rechange vers l’extérieur/l’intérieur après avoir retiré les vis qui la maintiennent en place. De même, l’utilisateur peut remplacer les ventilateurs principaux à l’arrière du châssis en retirant les vis du panneau, en déconnectant le panneau de ventilateur existant, en connectant le panneau de ventilateur de rechange et en replaçant les vis du panneau. La conception fait passer le temps moyen de réparation (MTTR) de l’alimentation à moins de cinq minutes. Si le châssis est intégré dans une installation montée en baie, tant que l’arrière du châssis est accessible, vous pouvez remplacer l’alimentation et les ventilateurs arrière sans retirer les modules ou reconnecter les E/S. Vérifiez les spécifications produit pour déterminer quel châssis prend en charge cette fonction.

Étant donné que les châssis NI PXI intègrent des alimentations pour l’instrumentation, ils sont capables de fournir la puissance minimale requise sur toute la plage de température de fonctionnement spécifiée (0 °C à 50-55 °C) sans déclassement de puissance. Le déclassement de puissance fait référence à la perte de puissance fournie aux emplacements du châssis lorsqu’ils fonctionnent à des températures plus élevées ou à d’autres spécifications environnementales extrêmes. Les châssis PXI de nombreux autres fournisseurs répondent aux spécifications PXI requises pour la puissance disponible à des températures de fonctionnement ambiantes plus basses (20 °C à 35 °C), mais peuvent devenir instables ou inutilisables à des températures plus élevées (>40 °C). Encore une fois, avec un châssis NI PXI, vous pouvez utiliser un châssis rempli de modules à la température la plus élevée spécifiée sur la fiche technique (se reporter aux manuels de produit pour obtenir les plages de température de fonctionnement des modèles de châssis NI PXI spécifiques). Les alimentations NI fournissent également une pleine puissance sur toute la gamme d’entrée CA universelle de 100 V CA à 240 V CA, tandis que les châssis de la concurrence peuvent fortement subir un déclassement pour la partie basse de cette gamme.

Le bruit électrique généré par les caractéristiques mécaniques mobiles à l’intérieur du châssis, en particulier les ventilateurs de refroidissement, peut dégrader la précision de mesure des modules périphériques PXI et PXI Express. Pour éviter cela, de nombreux châssis NI sont non seulement dotés de ventilateurs de refroidissement à l’arrière, mais intègrent également une alimentation 12 V dédiée aux ventilateurs de refroidissement du châssis, un emplacement de contrôleur système et dans certains cas, des ventilateurs d’alimentation afin d’éviter le bruit de couplage de ces composants dans les rails alimentant les modules de mesure.

La plupart des châssis NI incluent également la télédétection de la tension de sortie sur les rails d’alimentation du fond de panier pour compenser les chutes de tension. La télédétection constitue une fonctionnalité de conception importante pour les châssis PXI et PXI Express, en particulier pour les applications avec des modules haute puissance, car elle fournit une meilleure régulation au fond de panier en cas de fortes oscillations de charge. 

Le cadencement et la synchronisation intégrés comptent parmi les principaux avantages d’un système PXI. Un châssis PXI intègre une horloge de référence système dédiée 100/10 MHz (PXI_CLK10 et PXIe_CLK100) distribuée dans chaque emplacement avec un faible décalage, un bus de déclenchement PXI à 8 voies se connectant à chaque emplacement et un emplacement de cadencement système fournissant des déclenchements en étoile et différentiels aux emplacements périphériques.

^{Figure 2 : Les fonctionnalités de cadencement et de synchronisation PXI Express sont des avantages clés.}

En effectuant la mise à niveau optionnelle du cadencement et de la synchronisation, les fonctionnalités de cadencement et de synchronisation de certains châssis NI PXI peuvent être améliorées. Les modèles PXIe-1095 et PXIe-1092 peuvent être mis à niveau avec un OCXO pour obtenir une stabilité de fréquence accrue de PXI_CLK10 et PXIe_CLK100, ainsi que la capacité d’importer et de verrouiller automatiquement une horloge de référence externe 10 MHz, d’exporter une horloge de référence 10 MHz et d’importer/exporter le bus de déclenchement PXI. Pour en savoir plus sur la manière dont les fonctionnalités de cadencement et de synchronisation NI PXI facilitent la création de solutions hautes performances, complexes et évolutives, consultez la page Avantages de la conception de cadencement et de synchronisation NI PXI.

Les châssis NI PXI offrent les fonctionnalités suivantes :

• Jusqu’à 24 Go/s de bande passante système et 8 Go/s par emplacement de bande passante dédiée
• Jusqu’à 82 W par emplacement pour l’alimentation et le refroidissement des modules d’E/S les plus avancés
• Options de taille allant de 2 à 18 emplacements 
• Emplacements hybrides pour la flexibilité de l’instrumentation ; compatibilité avec les modules PXI, PXI Express, CompactPCI et CompactPCI Express

^{Tableau 3. Options et configurations de châssis PXI.}

Pour conclure, les châssis NI PXI offrent des performances et une fiabilité exceptionnelles, ce qui en fait un composant essentiel des tests automatisés hautes performances et haute puissance. Dotés de capacités de refroidissement supérieures qui dépassent les spécifications PXI Express, ces châssis peuvent supporter des modules haute puissance et assurer une gestion thermique optimale. Les alimentations conçues sur mesure garantissent une fourniture de puissance stable et cohérente, ce qui est crucial pour maintenir l’exactitude et la précision de vos tests. Les châssis NI PXI sont conçus pour fournir des performances et une fiabilité supérieures afin de répondre aux besoins de votre environnement de test.

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