NI PXI 機箱設計優勢

機箱是 PXI 系統的核心結構，相當於電腦機殼與主機板。機箱供應電力、冷卻功能、通訊匯流排，所有儀器也都在機箱中。再者，PXI 機箱還提供時序、觸發與同步功能，因此功能強大，非常適合自動測試用途。NI 機箱配備高效能背板，以及堅固穩定的機械封裝。NI 機箱尺寸從 2 插槽到 18 插槽都有，不論您需要的是可攜式、桌上型、機架固定式或嵌入式系統，必有符合您用途的選擇。NI PXI Express 機箱能與 PXI Express、PXI、CompactPCI Express 及 CompactPCI 模組相容。 本技術文件探討下列 NI 設計特色，相較於市面上的其他機箱，更有助於提升效能與穩定性：

• 冷卻效能—NI 機箱超越 PXI Express 冷卻需求；許多機箱還能發揮高效能模組需要的 58 W 或 82 W 的冷卻效能。
• 噪音/雜訊—設計宗旨以大幅減少桌上型電腦或實驗室噪音，降低發送到 PXI 模組的電氣雜訊 (EMI)，以利提升量測的精密程度。
• 電源供應器—NI PXI 機箱電源供應器為專屬設計，並由 NI 全面掌控設計，能確實在整個作業溫度範圍和 AC 輸入範圍內維持可靠性與可維修性，不需降額運轉。
• 時序與同步化—高效能時脈、匯流排與觸發功能可簡化不同精確度層級的時序，並同步至多個時間基準，適用於單一機箱到複雜的多機箱架構。

每個 PXI 機箱均附多款不同的插槽：用於嵌入式控制器的系統插槽、用於 PXI Express 模組的週邊插槽，以及用於 PXI 或 PXI Express 模組的混合式插槽。PXI Express 規格 (由 PXI 系統聯盟定義) 要求每個週邊插槽至少要能提供 30 W 的功率，但並未提出與冷卻模組相關的具體要求。其他廠商的 PXI 機箱可能符合最低功率規格；事實上，由於特定設計選擇 (例如風扇位置) 所造成的功率與冷卻效能大幅不同。雖然這些製造商聲稱能發揮超過 82 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。

最新一代的 NI PXI Express 機箱經過精心設計與驗證，能為一個 PXI 機箱內的每個插槽提供至少 58 W 的冷卻效能，充分符合或超越最耗電 PXI 模組的冷卻需求。其冷卻能力能發揮最大的彈性，方便您安排儀器在機箱中的安裝方式。

此外，部分 NI PXI 機箱的推進槽冷卻能力更上一層樓，可為單一插槽提供 82 W 的冷卻功能，應用於可能需要連續擷取或高速測試的用途時，能夠支援示波器、高速數位 I/O 與 RF 模組等高效能模組發揮進階功能。PXI 機箱總功率各不相同，因此，設定新系統時最好預先規劃系統層級的電力預算。NI 的頂級 PXI Express 機箱能支援完整的電源供應與冷卻功能，不需規劃電力預算。

NI 機箱能支援完全裝載高功率儀器的機箱，包括下列類型的模組： 

• NI PXI 數位碼型儀器
• NI PXI 300 W 電源供應器
• NI PXI 300 W 電子負載
• NI PXI 向量訊號收發儀
• NI PXI 高速序列儀器

^{圖 1： NI PXIe-1095 機箱採後端冷卻風扇專利設計。}

許多 NI PXI 機箱採用如圖 1 所示的後端冷卻風扇專利設計，讓機箱後端 (2) 空氣強制通過轉動的葉片，再讓空氣均勻分散到所有模組插槽 (1)。相較於將風扇安裝在模組正下方的機箱設計，這種設計能提升冷卻能力，也能減少氣流停滯。風扇安裝在機箱後端也有助於減少風扇馬達所造成的電氣雜訊，降低模組受到的干擾。

NI 也提供插槽盒，這是一種塑膠材質的模組化 PXI 填充板，可插在閒置未用的機箱插槽中。插槽盒能減少空插槽中的氣流旁通，從而改善使用中插槽的氣流效應，最多能使模組上電子元件的溫升率降低 20%。

相較於其他知名廠商，這些設計優勢能協助 NI PXI 機箱發揮優異的冷卻效能；效能評估方式是量測插在機箱內之 PXI 模組元件的平均溫度差異 (最小到最大)。在某項基準評估中，NI PXIe-1095 機箱在 58 W 高風扇設定下能發揮的冷卻效能達到 4.6 °C，相當優異 (環境溫度 55 °C 下，轉速達到 5,200 RPM)。

即便 NI PXI 的冷卻效能實力更上一層樓，在設計方面也未忽略系統的整體噪音。這些都是重要的考量，因為 PXI 系統一體適用於機架式自動化測試與桌上型驗證環境，而這兩種環境各有不同的噪音需求。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發出的噪音兩種效果。

許多 NI PXI 機箱支援使用風扇速度選擇開關切換「High」(高速) 或「Auto」(自動) 兩種風扇速度。若設為「Auto」(自動)，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，盡可能降低噪音。但若週圍溫度高於 30 °C，機箱冷卻風扇速度就會提高。風扇速度設為高速時，機箱不受環境溫度影響，會提供最大的氣流；這種模式最適合用於不必考慮聲音雜訊的用途。

^{* 音壓準位是根據 ISO 7779 在操作人員所在位置定義的}

^{** 限 38 W 冷卻曲線模式；冷卻曲線越高，音壓準位越高}

^{表 1： 比較 PXI Express 機箱的音壓準位。}

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 機箱設計師使用更大的風扇 RPM 設定範圍，也因此能夠微調機箱的噪音與冷卻效能。

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 機箱的設計旨在降低系統整體噪音，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行過最佳化處理，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。

依據 PXI System Alliance (PXISA) 定義的 PXI 平台規格，18 槽式 PXI Express 機箱的 3.3 V、5 V 和 +12 V 背板導軌供應 650 W 功率，為系統控制器與模組插槽供電。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。

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，其他許多廠商列出的資訊則是電源供應器的輸出。NI 說明文件註明的控制器和模組可用功率，是以電源供應器總功率扣除機箱元件 (如風扇與背板) 耗電量之後的結果。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。

NI 不同於市面上的其他 PXI 廠商，NI 的諸多 8 到 18 槽式 PXI 與 PXI Express 機箱設計由 NI 全權掌控，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電源供應器。NI 的電源供應器是 NI 機箱專用的客製化設計，能符合甚或超出 PXI 規格的最低功率需求。舉例來說，這些電源供應器讓 NI 高效能 PXI Express 機箱能夠為所有機箱插槽提供至少 82 W 的功率。

^{表 2： NI PXI Express 機箱的設計能超越每插槽最小電流的 PXI 規格。}

就需要考慮高可用性的系統而言，NI 針對部分 9 槽式與更新版的機箱設計出易於替換的電源供應器與風扇。倘若電源供應器故障，使用者只要拆下故障電源供應器的固定螺絲，抽出故障的電源供應器再插入替換用的電源供應器，就能更換換位於機箱後端的電源供應器。同樣地，使用者拆下面板螺絲、卸下現有的風扇面板、連接替換用風扇面板，再將面板螺絲鎖回，就能完成機箱後端的主要風扇的更換。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後端風扇，不需移除模組或重接任何 I/O。請詳閱產品規格，判斷支援這項功能的機箱。

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 °C 至 50/55 °C)，一樣能達到最低功率需求而不致於降低額定功率。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 °C 至 35 °C) 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。若要重複作業，由於使用 NI PXI，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)。NI 電源供應器可在 100 VAC 至 240 VAC 的全範圍通用 AC 輸入下提供完整功率，而競爭對手的機箱在低電壓範圍內可能會大幅降額。

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 機箱不但在機箱後端安裝冷卻風扇，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，電源供應器風扇也需要靠這個供應器供電，這是為了避免元件所產生的耦合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。遠端感測設計對 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，這樣的設計能讓背板發揮更好的調節功能。 

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 機箱內建專用的 100/10 MHz 系統參考時脈 (PXI_CLK10 和 PXIe_CLK100)，並以低偏移分配至每個插槽；有一個八線 PXI 觸發匯流排連接所有插槽；另有一個系統時序插槽，能為週邊插槽提供星形與差動星形觸發。

^{圖 2： PXI Express 時序與同步化功能為主要優勢。}

選用的時序與同步化升級作業可以讓部分 NI PXI 機箱的時序與同步化功能更上一層樓。PXIe-1095 與 PXIe-1092 結合 OCXO 即可升級，除了能提升 PXI_CLK10 與 PXIe_CLK100 的頻率穩定性，更能夠匯入與自動鎖定外部 10 MHz 參考時脈、匯出 10 MHz 參考時脈，以及匯入/匯出 PXI 觸發匯流排。如需深入了解 NI PXI 時序與同步化功能如何簡化建立高效能、複雜且可擴充的解決方案，請參閱 NI PXI 時序與同步化設計優勢。

NI PXI 機箱提供下列功能：

• 最高每秒 24 GB 的系統頻寬與每插槽每秒 8 GB 的專用頻寬
• 每插槽最高 82 W 供電與冷卻能力，適用於更高階的 I/O 模組
• 尺寸選項從 2 到 18 個插槽不等 
• 混合式插槽可提供靈活的儀控功能；相容於 PXI、PXI Express、CompactPCI 與 CompactPCI Express 模組

^{表 3： PXI 機箱選項與設定。}

總而言之，NI PXI 機箱能發揮優異的效能與穩定性，是高效能與高功率自動測試作業的重要元件。這些機箱的冷卻功能超越 PXI Express 規格，能支援高功率模組，並且確實發揮最佳的熱能管理效能。客製化設計的電源供應器能確實保持穩定且一致的電力供應，對於保持測試的準確度與精確度十分重要。NI PXI 機箱經過精心設計，能發揮優異的效能與穩定性，有助於因應測試環境的需求。

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