PXI（計測用PCI拡張）モジュラー試験システムの理解：そのアーキテクチャ、機能、実際の影響に関する包括的ガイド。PXIプラットフォームがどのように現代の自動化試験ソリューションを各業界で形作っているかを発見してください。
- PXIモジュラー試験システムの紹介
- PXIのコアアーキテクチャとコンポーネント
- 主要機能と性能の利点
- 他の試験システムプラットフォームとの比較
- 一般的なアプリケーションとユースケース
- ソフトウェアおよび自動化ツールとの統合
- 試験システム設計におけるスケーラビリティと柔軟性
- 業界の採用とケーススタディ
- PXI実装における課題と考慮事項
- PXIモジュラー試験システムの今後のトレンド
- 出典および参考文献
PXIモジュラー試験システムの紹介
PXI（計測用PCI拡張）モジュラー試験システムは、自動化された試験および測定アプリケーションのために広く採用されているプラットフォームであり、高速PCIバスを堅牢なモジュラーアーキテクチャと組み合わせています。1997年に開発され、PXIシステムアライアンスによって管理されているPXIは、業界標準のPCテクノロジーを活用して、高い性能、柔軟性、スケーラビリティを提供し、航空宇宙、自動車、電子機器、テレコミュニケーションを含む広範な業界に対応しています。
典型的なPXIシステムは、シャーシ、コントローラー、およびデジタイザー、信号発生器、スイッチングデバイスなどのさまざまな交換可能なモジュールで構成されています。PXIのモジュール性により、ユーザーは特定の要件に応じて試験システムをカスタマイズでき、簡単にアップグレードやメンテナンスが可能になります。このプラットフォームのオープンスタンダードは、異なるベンダー間のモジュールの相互運用性を確保し、イノベーションを促進し、総所有コストを削減します。
PXIシステムは、複数の計器間で正確なタイミングと同期を提供する能力で知られており、これは複雑な試験シナリオにとって重要な機能です。統合されたタイミングおよびトリガリング機能、高データスループットにより、効率的な並列試験とデータ取得が可能になります。その結果、PXIは、高速、精度、信頼性が求められるアプリケーションに対する好ましい選択肢となりました。
PXIの継続的な進化、特に強化された帯域幅と性能を持つPXI Express（PXIe）の導入は、現代の自動化試験システムの増大する需要に応える重要性を強調しています。PXIスタンダードおよびそのエコシステムに関する詳細は、ナショナルインスツルメンツおよびKeysight Technologiesを参照してください。
PXIのコアアーキテクチャとコンポーネント
PXI（計測用PCI拡張）モジュラー試験システムのコアアーキテクチャは、CompactPCI（cPCI）標準に基づいて構築されており、計測および自動化アプリケーション向けの専門機能が強化されています。PXIは、高速データ転送のために高速度PCIバスを使用し、モジュールとシステムコントローラー間の迅速な通信を保証します。PXIシャーシは物理的および電気的な基盤を提供し、複数のスロットにわたって電力、冷却、正確なタイミングと同期リソースを提供します。これらのスロットは、デジタイザー、信号発生器、スイッチングデバイスなどのさまざまなモジュールに対応しており、ユーザーが特定の試験要件に応じてシステムをカスタマイズすることを可能にします。
重要なアーキテクチャの特徴は、専用のスター・トリガーバス、PXIトリガーバス、およびすべてのスロットに配信される10 MHzリファレンスクロックを含む統合タイミングおよびトリガリングシステムです。このインフラは、複雑でマルチチャネルの測定に不可欠な計器の正確な同期を可能にします。システムコントローラーは、組み込み型またはリモート型のいずれかで、ホストコンピューターとPXIモジュール間の通信を管理し、高スループットのデータ交換のためにPCIバスを利用します。
PXIシステムはハイブリッドスロットもサポートしており、PXIおよびPXI Express（PXIe）モジュール両方の互換性を提供して、進化する試験ニーズに対する柔軟性とスケーラビリティを提供します。PXIのモジュール性により、モジュールを追加または交換しても大規模なダウンタイムが発生せず、システム拡張やメンテナンスが容易です。このアーキテクチャは、PXIシステムアライアンスによって標準化され、維持されており、さまざまなベンダーおよびアプリケーションにわたる相互運用性と長期的なサポートを提供します。
主要機能と性能の利点
PXI（計測用PCI拡張）モジュラー試験システムは、自動化試験および測定アプリケーションにおいて好まれる選択肢となるさまざまな主要機能と性能の利点を提供します。PXIシステムの最大の強みの1つは、高速データスループットです。これは、PCIおよびPCI Expressバックプレーンアーキテクチャを使用することで実現されます。これにより、モジュールとコントローラー間の迅速な通信が可能になり、リアルタイムデータ取得および処理を必要とするアプリケーションをサポートします。PXIシステムのモジュール性により、ユーザーは単一のシャーシ内でオシロスコープ、信号発生器、デジタルマルチメーターなどのさまざまな機器を構成して、試験要件の進化に合わせたスケーラビリティと柔軟性を促進します。
もう1つの重要な利点は、PXIバックプレーンが提供する厳密な同期機能です。これには専用のタイミングおよびトリガーリソースが含まれます。これにより、複数の計器間での正確な調整が保証され、複雑な測定や自動化された試験シーケンスにとって重要です。さらに、PXIシステムは高チャネル密度向けに設計されており、より多くの計器をコンパクトなフットプリントに統合でき、物理的なスペースとシステムコストを削減します。PXIのオープン業界標準は、PXIシステムアライアンスが管理しており、マルチベンダーの相互運用性と長期的なサポートを保証し、システムの寿命と投資保護をさらに高めます。
PXIの強力なソフトウェア統合は、主要な開発環境や試験管理ツールに対応しており、システム構成、制御、データ分析を効率化します。スピード、モジュール性、同期、ソフトウェアの柔軟性の組み合わせにより、PXIは航空宇宙、自動車、電子機器製造などの要求の厳しい試験および測定アプリケーションにおいてリーディングプラットフォームとなっています NI。
他の試験システムプラットフォームとの比較
PXI（計測用PCI拡張）モジュラー試験システムは、VXI（計測用VME拡張）、LXI（計測用LAN拡張）、および従来のラックアンドスタック機器などの他の試験システムプラットフォームと頻繁に比較されます。それぞれのプラットフォームは独自の利点とトレードオフがあり、選択はアプリケーションによって大きく異なります。
VXIと比較して、PXIシステムは、高速PCIおよびPCI Expressバスアーキテクチャを活用しており、データスループットが速く、レイテンシが低くなっています。PXIのコンパクトでモジュラーなフォームファクターは、高いチャネル密度とシステムのスケーラビリティを実現します。一方、古いVMEbusに基づくVXIシステムは通常、大きくてエネルギー効率が低いですが、その確立されたインフラストラクチャと堅牢性から、レガシー航空宇宙および防衛アプリケーションで好まれることがあります ナショナルインスツルメンツ。
LXIプラットフォームは、通信にイーサネットを使用し、分散型試験環境での柔軟性を提供し、リモートまたは大規模なセットアップに適しています。ただし、LXI機器は、PXIの統合バックプレーンに固有の厳密な同期およびトリガリング機能を欠いていることが一般的であり、正確なタイミングおよび決定論的測定が要求されるアプリケーションにはPXIが好まれます LXIコンソーシアム。
従来のラックアンドスタック機器は、個々の機器をアップグレードしやすい柔軟性を提供しますが、しばしばより多くのスペース、電力、および配線を必要とします。PXIのモジュール性および共有シャーシインフラストラクチャにより、フットプリントとシステムの複雑さが削減され、先進的なソフトウェア統合および自動化を可能にします Keysight Technologies。
要約すると、PXIは、高速、同期、およびスペース効率の良い試験ソリューションを提供するために際立っており、自動化された高チャネル環境で特に優れています。一方、他のプラットフォームは、特定のレガシー、分散、または柔軟なアップグレードシナリオにより適している場合があります。
一般的なアプリケーションとユースケース
PXI（計測用PCI拡張）モジュラー試験システムは、その柔軟性、スケーラビリティ、高い性能により、自動化された試験および測定環境で各業界に広く採用されています。最も普及しているアプリケーションの1つは電子機器製造分野であり、ここではPXIシステムがプリント基板（PCB）、半導体デバイス、および電子アセンブリの機能テストに使用されています。そのモジュール性により、エンジニアは異なる製品の試験セットアップを迅速に適応させることができ、ダウンタイムを短縮し、生産性を向上させます。
航空宇宙および防衛産業では、PXIプラットフォームはアビオニクス試験、レーダー検証、電子戦システムの検証に不可欠です。複数の計器をサブナノ秒精度で同期させる能力は、これらの分野で必要とされる複雑な信号分析やシミュレーションタスクに最適です。自動車メーカーは、PXIシステムをハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）シミュレーション、電子制御ユニット（ECU）検証、およびセンサー試験に活用し、高度な運転支援システム（ADAS）や電動車両技術の迅速な開発と展開をサポートしています。
テレコミュニケーション企業は、PXIをRFおよび無線デバイスの試験、5Gプロトコルの検証および適合試験に利用しており、このプラットフォームの高帯域幅およびリアルタイム処理機能が役立っています。さらに、PXIは、オープンアーキテクチャと幅広い測定モジュールへのサポートのおかげで、大学や研究所のプロトタイピングや実験セットアップでもますます使用されています。
PXIシステムの多様性は、高ボリューム生産ラインからR&Dラボまで、さまざまな環境での展開を可能にし、現代の自動化試験ソリューションの中心的なテクノロジーとなっています NI PCI-SIG。
ソフトウェアおよび自動化ツールとの統合
ソフトウェアおよび自動化ツールとの統合は、PXI（計測用PCI拡張）モジュラー試験システムの決定的な強みであり、複雑な試験シーケンスの開発、実行、および管理をシームレスに可能にします。PXIプラットフォームは、NI LabVIEW、NI TestStand、およびKeysight PathWave Test Automationなどの業界標準の試験開発スイートと連携するように設計されています。これらのツールは、エンジニアが最小限の手動介入で計器制御、データ取得、および分析を自動化できるように、グラフィカルおよびスクリプトベースのプログラミングインターフェースを提供します。
PXIシステムは、Python、C/C++、および.NETなどのオープンソースおよびサードパーティプログラミング言語との統合もサポートしており、包括的なドライバライブラリやAPIによって促進されています。この柔軟性により、組織は既存のコードベースや専門知識を活用でき、開発時間とコストを削減できます。さらに、PXIは業界標準の通信プロトコル（例：SCPI、VISA）をサポートしており、広範なシステムの計器およびソフトウェアツールとの相互運用性を確保します。
自動化は、リモートシステム管理、リアルタイムデータストリーミング、先進的なトリガリング機能などの機能によりさらに強化され、これは高スループットおよびミッションクリティカルな試験アプリケーションにとって重要です。エンタープライズレベルのデータ管理および報告システムとの統合が可能なので、ワークフローが効率化され、規制産業におけるトレーサビリティとコンプライアンスが確保されます。その結果、PXIモジュラー試験システムは、自動化試験および測定のためのスケーラブルで将来にわたるプラットフォームを提供し、R&Dおよび製造環境の両方をサポートします PXIシステムアライアンス。
試験システム設計におけるスケーラビリティと柔軟性
スケーラビリティと柔軟性は、PXI（計測用PCI拡張）モジュラー試験システムの中心的な利点であり、航空宇宙、自動車、電子機器製造などの業界における進化する試験ニーズに非常に適しています。PXIシステムはモジュラーアーキテクチャを中心に構築されており、ユーザーはさまざまなシャーシサイズ、コントローラータイプ、機器モジュールから選択して、特定のアプリケーションニーズにシステムをカスタマイズできます。このモジュール性により、エンジニアは最小限の構成から始め、試験の要求が増えるにつれてモジュールを追加したり入れ替えたりすることでシステムを拡張できます。
PXIの柔軟性は、サードパーティモジュールの広範なエコシステムのサポートによってさらに強化され、専門的な機器やカスタム機能の統合が可能になります。このオープンスタンダードは、相互運用性を保証し、将来の投資を保護するためのものであり、新しいテクノロジーや測定機能を既存のシステムに統合できます。さらに、PXIの高速バックプレーンおよび同期機能により、モジュール間での正確なタイミングおよびデータ共有が可能になり、複雑なマルチインストゥルメント試験シナリオをサポートします ナショナルインスツルメンツ。
ソフトウェア定義の構成も重要な側面で、テストエグゼクティブや自動化フレームワークにより、試験シーケンスや測定パラメータを迅速に再構成できます。このソフトウェア主導のアプローチとハードウェアのモジュール性を組み合わせることで、組織は新しい製品要件や規制の変化、またはスループットの増加に迅速に適応し、試験システムの寿命と投資のリターンを最大化できます PXIシステムアライアンス。
業界の採用とケーススタディ
PXI（計測用PCI拡張）モジュラー試験システムの採用は、スケーラブルで高性能、コスト効率の良い自動化試験ソリューションに対する需要が高まる中で、さまざまな業界で加速しています。航空宇宙防衛、自動車、半導体、およびテレコミュニケーションなどの分野は、PXIプラットフォームを統合して複雑な試験要件に対応し、市場投入までの時間を短縮し、製品の品質を向上させています。
航空宇宙および防衛セクターでは、PXIシステムはアビオニクス試験、レーダー検証、電子戦シミュレーションに広く使用されています。たとえば、NI（ナショナルインスツルメンツ）は、主要な防衛請負業者がPXIを利用して、進化する標準やミッションプロファイルに適応できる柔軟な試験ベンチを作成していることを示しています。自動車産業では、PXIを電子制御ユニット（ECU）検証、バッテリーマネジメントシステム試験、車両内ネットワーク分析に活用しており、Rohde & Schwarzの事例研究が示されています。
半導体メーカーは、PXIの高速データ取得および並列試験能力の恩恵を受けており、効率的なウエハーレベルおよび最終デバイステストを実現しています。Keysight Technologiesは、PXIベースのシステムが高ボリューム生産環境での試験時間を短縮し、生産性を向上させていることを文書化しています。テレコミュニケーション分野では、PXIプラットフォームが5GやIoTデバイス向けのRFおよびプロトコル試験を支援しています PXISA（PXIシステムアライアンス）が詳細を述べています。
これらのケーススタディは、PXIモジュラー試験システムの多様性と業界全体での受け入れを強調しており、技術的な課題や、より機敏でソフトウェア定義の試験アーキテクチャに対する要求の進化に応じて進化し続けています。
PXI実装における課題と考慮事項
PXI（計測用PCI拡張）モジュラー試験システムの実装は、柔軟性、スケーラビリティ、性能において大きな利点がありますが、組織が成功裏に展開するために対処しなければならないいくつかの課題と考慮事項もあります。主な課題の1つはシステム統合であり、PXIシステムはしばしば複数のベンダーからのハードウェアとソフトウェアの調整を必要とします。モジュール、シャーシ、およびコントローラー間の互換性を確保することは複雑であり、コンポーネントの慎重な選択と検証が必要です。さらに、複数の計器間での同期とタイミングの管理は、高速またはマルチチャネルアプリケーションにおいて重要であり、高度なタイミングモジュールやバックプレーン機能が必要となることがあります ナショナルインスツルメンツ。
熱管理ももう1つの重要な考慮事項であり、密集したPXIシステムはかなりの熱を発生させる可能性があり、それが信頼性や性能に影響を与えることがあります。適切なシャーシの選択、気流管理、環境監視がこれらのリスクを軽減するために不可欠です PXIシステムアライアンス。さらに、試験要件が進化する中で、システムのスケーラビリティとアップグレード可能性を維持することが重要です。組織は、十分なスロットを持つシャーシを選択し、新しいモジュールやテクノロジーを受け入れることができるようにソフトウェアフレームワークを確保することで、将来の拡張に備える必要があります。
ソフトウェアの統合とドライバサポートも課題を引き起こします。特にレガシー機器と最新のPXIモジュールを組み合わせる場合にはそうです。シームレスに機能し、長期間維持管理できるためには、ドライバやAPIを含む堅牢なソフトウェアサポートが必要です。最後に、コストの考慮、初期投資および総所有コストは、性能や柔軟性のニーズとバランスを取らなければなりません。慎重な計画とベンダーとの協力が、これらの課題を克服し、PXIモジュラー試験システムの利点を最大限に活用するのに役立ちます Keysight Technologies。
PXIモジュラー試験システムの今後のトレンド
PXI（計測用PCI拡張）モジュラー試験システムの未来は、エレクトロニクスの急速な進歩、試験の複雑さの増加、およびより高いスループットと柔軟性への需要に形作られています。重要なトレンドの1つは、PCI Express Gen 4およびGen 5などの高速シリアルインターフェースの統合です。これにより、より高速なデータ転送速度が実現され、5G、自動車レーダー、高度な半導体試験のような帯域幅集約型アプリケーションをサポートできるようになります。この進化は、これらの強化された速度を処理できる新しいPXIシャーシやコントローラーの開発を促しています NI（ナショナルインスツルメンツ）。
もう1つの重要なトレンドは、ソフトウェア定義の計測の採用です。ここでは、試験機能がますます固定ハードウェアではなくソフトウェアによって決定されるようになります。このアプローチにより、ユーザーは新しい標準やテクノロジーに対応するために試験システムを更新または再構成できるため、より大きな適応性と将来性が得られます。また、PXISA（PXIシステムアライアンス）が推進するオープンで相互運用可能なソフトウェアプラットフォームへ向けた動きも、システムの柔軟性とベンダーの相互運用性をさらに強化します。
人工知能（AI）や機械学習（ML）も、PXI試験システムに影響を及ぼし始めており、予知保全、自動試験最適化、リアルタイムデータ分析を可能にしています。これにより、特に高ボリューム生産環境において、ダウンタイムを短縮し、試験の効率を向上させることができます。さらに、コンポーネントの小型化と、よりコンパクトでポータブルな試験ソリューションへの推進は、より小型で省電力のPXIモジュールの開発につながっています。
全体として、PXIモジュラー試験システムの未来は、データ転送速度の向上、ソフトウェア統合の強化、AI駆動の自動化、そしてスケーラビリティと相互運用性の強調に特徴付けられており、次世代の試験および測定アプリケーションにおける関連性を確保します。
出典および参考文献
