測量小百科|PXI的電源系統(深度)

2021-02-23 簡儀科技

關鍵詞：最小持續電流、持續電流能力、負載調整率與紋波噪聲、最小電源去耦、電源時序、PXI

導讀：

PXI(e)是專門為測試測量打造的平臺, 機箱的電源系統直接影響PXI(e)模塊的精確度與穩定性。因此, PXI系統聯盟（PXI Systems Alliance，PXISA）所定義的PXI硬體標準【1】, 對於機箱的電源有嚴謹的規範, 總共有六項：

最小持續電流(Minimum Required Continuous Current)

低功率機箱(Low-Power Chassis)

持續電流能力(Continuous Current Capability)

負載調整率與紋波噪聲(Load Regulation and Ripple-Noise)

最小電源去耦(Minimum Power Decoupling)

電源時序(Power Sequence)

最小持續電流(Minimum Required Continuous Current)

最小持續電流是機箱提供給背板插槽的最小電流(直流電), PXI硬體標準【1】要求的最小持續電流如圖1所示。系統控制器槽（System Controller Slot）依照不同的槽位寬度而有不同的電流要求, 目前市面上最普遍的四槽寬系統控制器, 其電流要求即為圖1第一列所示。外設槽（peripheral slot）有四種型式, 分別為PXI Express Peripheral slot, System timing slot, Hybrid Slot以及PXI-1 Peripheral Slot, 依照不同的外設槽形式有相對應的電流要求。

除了最小持續電流的要求以外, 還有總功率(Total Power)的要求, 如圖1最後一行所示, 不同的槽位型式對應不同的總功率要求, 四槽寬系統控制器的總功率是140W, PXI Express Peripheral Slot的總功率是30W, PXI-1 Peripheral Slot的總功率是25.6W。舉例來說, 一臺18槽全混和(All-hybrid)機箱的總功率要求可以計算如下: 140 W + 17 × 30 W = 650 W, 這是機箱必須提供的最小總功率。

低功率機箱(Low-Power Chassis)的電源規範

對於可攜式(portable)的機箱或是直流輸入的機箱, 受限於電池的使用時間, 若要達成圖1所示的最小總功率要求, 是不切實際的, 而且市面上普遍的低階外設模塊功率需求低於20W, 這類型的應用是不需要高功率的機箱, 因此, PXI硬體標準【1】特別制定低功率機箱(Low-Power Chassis)電源規範, 允許機箱的功率可以低於圖1的要求, 只需要滿足1槽寬的系統控制器與兩張PXIe外設模塊功率要求即可, 意即機箱的最小總功率要求可以計算如下：

30W + 2 x 30W = 90W

因此, 機箱的電源總功率只需要高於90W, 即可稱為低功率機箱。

對於這類型的低功率機箱, PXI硬體標準【1】要求機箱必須在前面板標示LOW POWER文字, 如圖2所示。

持續電流能力(Continuous Current Capability)

持續電流能力(Continuous Current Capability)是指機箱的背板與連接器能承受的最小電流能力, 對於高功率的RF外設模塊, 這項能力指標特別重要, 必須滿足才能確保模塊工作期間不會燒毀連接器與背板。PXI硬體標準【1】定義不同型式插槽的耐電流能力, 如圖3所示, 背板必須能夠同時承受機箱所有插槽的總電流。

負載調整率與紋波噪聲(Load Regulation and Ripple-Noise)

負載調整率(Load Regulation), 是指輸出電流於額定範圍內變化時，輸出電壓的變化率。如圖4所示, 當外設模塊負載瞬態測試大電流的情況下, 背板提供的電壓有能力維持在一定範圍內的穩定, 確保外設模塊上的晶片能夠正常運行。

紋波(ripple), 是指直流電壓上面的交流成份【3】, 如圖5所示：

噪聲(noise), 是指波紋上面的幹擾信號【3】, 如圖6所示：

機箱電源的紋波與噪聲會干擾外設模塊, 進而影響量測的精確度。因此, 越高質量的機箱, 能夠提供極低的電源紋波與噪聲。PXI硬體標準對於負載調整率與紋波噪聲的要求如圖7所示：

最小電源去耦(Minimum Power Decoupling)

電源去耦(Power Decoupling), 是指去除背板插槽端的電源管腳上的噪聲。該噪聲是外設模塊工作產生反饋給背板的。去耦的基本方法是採用去耦電容。PXI硬體標準【1】要求背板的每個插槽電源所需要的最小電源去耦(Minimum Power Decoupling)電容, 如圖8所示：

電源時序(Power Sequence)是機箱最重要的規範, PXI硬體標準【1】要求機箱的電源時序必須符合英特爾ATX12V Power Supply設計規範【4】, 如圖9與圖10所示, 當使用者按下機箱電源開關的瞬間, 每個控制信號與電源之間有時序的要求, 時間太長或太短都可能造成機箱無法順利開機，或是運作異常, 甚至於燒毀模塊。

電源設計是PXI機箱的根本, 一臺設計精良的PXI機箱, 必須滿足以上六項電源要求。簡儀科技(JYTEK)提供的PXI機箱【5】皆符合以上所有的電源要求, 並且通過長時間高低溫的測試驗證, 足以讓PXI系統用戶可以安心購買使用。

參考

PXI-5 PXI Express Hardware Specification Revision 1.1 , May 31, 2018

http://mouser.eetrend.com/content/2017/100009421.html

https://wenku.baidu.com/view/bd0dd61810a6f524ccbf85ed.html

ATX12V Power Supply Design Guide Version 2.2

簡儀科技PXIe機箱：http://www.jytek.com/productcn

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