关键词：最小持续电流、持续电流能力、负载调整率与纹波噪声、最小电源去耦、电源时序、PXI

导读

PXI(e)是专门为测试测量打造的平台, 机箱的电源系统直接影响PXI(e)模块的精确度与稳定性。因此, PXI系统联盟（PXI Systems Alliance，PXISA）所定义的PXI硬件标准【1】, 对于机箱的电源有严谨的规范, 总共有六项：

1. 最小持续电流(Minimum Required Continuous Current)

2. 低功率机箱(Low-Power Chassis)

3. 持续电流能力(Continuous Current Capability)

4. 负载调整率与纹波噪声(Load Regulation and Ripple-Noise)

5. 最小电源去耦(Minimum Power Decoupling)

6. 电源时序(Power Sequence)

最小持续电流(Minimum Required Continuous Current)

最小持续电流是机箱提供给背板插槽的最小电流(直流电), PXI硬件标准【1】要求的最小持续电流如图1所示。系统控制器槽（System Controller Slot）依照不同的槽位宽度而有不同的电流要求, 目前市面上最普遍的四槽宽系统控制器, 其电流要求即为图1第一列所示。外设槽（peripheral slot）有四种型式, 分别为PXI Express Peripheral slot, System timing slot, Hybrid Slot以及PXI-1 Peripheral Slot, 依照不同的外设槽形式有相对应的电流要求。

除了最小持续电流的要求以外, 还有总功率(Total Power)的要求, 如图1最后一行所示, 不同的槽位型式对应不同的总功率要求, 四槽宽系统控制器的总功率是140W, PXI Express Peripheral Slot的总功率是30W, PXI-1 Peripheral Slot的总功率是25.6W。举例来说, 一台18槽全混和(All-hybrid)机箱的总功率要求可以计算如下: 140 W + 17 × 30 W = 650 W, 这是机箱必須提供的最小总功率。

低功率机箱(Low-Power Chassis)的电源规范

对于便携式(portable)的机箱或是直流输入的机箱, 受限于电池的使用时间, 若要达成图1所示的最小总功率要求, 是不切实际的, 而且市面上普遍的低阶外设模块功率需求低于20W, 这类型的应用是不需要高功率的机箱, 因此, PXI硬件标准【1】特别制定低功率机箱(Low-Power Chassis)电源规范, 允许机箱的功率可以低于图1的要求, 只需要满足1槽宽的系统控制器与两张PXIe外设模块功率要求即可, 意即机箱的最小总功率要求可以计算如下：
30W + 2 x 30W = 90W

因此, 机箱的电源总功率只需要高于90W, 即可称为低功率机箱。

对于这类型的低功率机箱, PXI硬件标准【1】要求机箱必須在前面板标示LOW POWER文字, 如图2所示。

持续电流能力(Continuous Current Capability)

持续电流能力(Continuous Current Capability)是指机箱的背板与连接器能承受的最小电流能力, 对于高功率的RF外设模块, 这项能力指标特别重要, 必須满足才能确保模块工作期间不会烧毁连接器与背板。PXI硬件标准【1】定义不同型式插槽的耐电流能力, 如图3所示, 背板必须能够同时承受机箱所有插槽的总电流。

图 3  PXI背板的持续电流能力

负载调整率(Load Regulation), 是指输出电流于额定范围内变化时，输出电压的变化率。如图4所示, 当外设模块负载瞬态测试大电流的情况下, 背板提供的电压有能力维持在一定范围内的稳定, 确保外设模块上的芯片能够正常运行。

纹波(ripple), 是指直流电压上面的交流成份【3】, 如图5所示：

噪声(noise), 是指波纹上面的干扰信号【3】, 如图6所示：

图 6 噪声(noise)

机箱电源的纹波与噪声会干扰外设模块, 进而影响量测的精确度。因此, 越高质量的机箱, 能够提供极低的电源纹波与噪声。PXI硬件标准对于负载调整率与纹波噪声的要求如图7所示：

最小电源去耦(Minimum Power Decoupling)

电源去耦(Power Decoupling), 是指去除背板插槽端的电源管脚上的噪声。该噪声是外设模块工作产生反馈给背板的。去耦的基本方法是采用去耦电容。PXI硬件标准【1】要求背板的每个插槽电源所需要的最小电源去耦(Minimum Power Decoupling)电容, 如图8所示：

电源时序(Power Sequence)

电源时序(Power Sequence)是机箱最重要的规范, PXI硬件标准【1】要求机箱的电源时序必須符合英特尔ATX12V Power Supply设计规范【4】, 如图9与图10所示, 当使用者按下机箱电源开关的瞬间, 每个控制信号与电源之间有时序的要求, 时间太长或太短都可能造成机箱无法顺利开机，或是运作异常, 甚至于烧毁模块。

总结

电源设计是PXI机箱的根本, 一台设计精良的PXI机箱, 必须满足以上六项电源要求。简仪科技(JYTEK)提供的PXI机箱【5】皆符合以上所有的电源要求, 并且通过长时间高低温的测试验证, 足以让PXI系统用户可以安心购买使用。

参考

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

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

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

4. ATX12V Power Supply Design Guide Version 2.2

5. 简仪科技PXIe机箱