基本信息
- 项目名称：
- LXI逻辑分析仪
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- LXI(局域网扩展仪器)是基于LAN的测试总线，逻辑分析仪是数字测试系统中重要的测试调试工具，LXI逻辑分析仪是一个支持网络化分布式的LXI仪器。可以实现远程数字测试调试任务，还可以实现网络内多台LXI仪器之间高精度的时间同步和触发，实现分布式的测量。最终实现触发精度达到500ns以内，具有64个高速数据通道和4个高速时钟通道，最大采样率为1GS/s,最大存储深度为8Mb/通道的LXI逻辑分析仪。
- 详细介绍：
- 仪器总线在自动测试和控制系统中起着至关重要的作用，现有仪器总线GPIB、PXI、VXI等均为集中式总线。并且这些总线组成的测试系统都有各自的不足：GPIB总线仪器的体积大、效率低、成本高；VXI仪器总线则要求必须采用VXI机箱，成本高；PXI仪器总线尚未被IEEE标准采纳不易推广，其支持的模块较少，发展受限。并且上述总线仪器基本上都不具有分布式网络化的特点，虽说GPIB总线仪器具有分布式的特点，但是它的距离非常有限，这都妨碍了测量仪器系统构成的发展。 随着科学技术和因特网的迅速发展，测试任务日趋复杂，测试点越来越分散，分布式网络化测试已成为测试发展的一个重要方向。现代很多测试任务的被测对象地域位置相差很远，整个测试范围一周大约有几十公里，甚至上百公里。同时测试项目也很多，如航天系统的测量与控制，飞机的定位导航，科学技术领域的调试与测试，这使得监测点比较多又不集中在一起。因此这样的测试环境需要应用分布式的测试系统，传统的测试系统已不能胜任。对于某些测试任务，要求某些测试设备具有协同操作的特性，如某些工业自动化的动作控制部分要求100ns的时钟同步性能。某些测试对象需要远程测试和控制。为了解决这个问题，提出了一种新型仪器——LXI(LAN extensions for instrumentation)仪器。LXI仪器不需要专用的机箱和零槽控制器，它能为用户提供开放式结构、高可靠性、体积小、成本低廉、灵活紧凑、性能优异、生命周期长的自动测试系统。同时，基于LAN连通能力使LXI模块能在世界任何地方被访问，构成分布式网络测试系统。采用web页作为控制界面，使得对仪器的控制也更加方便。B类以上LXI仪器具有高精度的时间触发和同步模块，可以实现不同仪器间高精度的同步。 随着计算机技术的飞速发展，数字系统特别是数字总线系统已经成为电子设备必不可缺少的核心部分，逻辑分析仪作为数据领域测试的主要测试仪器，在数字系统的测试与调试中发挥了非常重要的作用。好的逻辑分析仪将为科学研究工作带来极大的方便，可以将科学研究人员从繁重的测试工作中解放出来，其主要技术指标有最大采样率，存储深度，采集通道数等等，这些参数决定着一台逻辑分析仪可以同时采集的数据和波形完整程度以及抗干扰的能力。 本设计是集LXI总线和逻辑分析仪于一体的一个网络化分布式的LXI逻辑分析仪，其不仅可以用来实现远程的数字测试任务，还可以实现高精度的时间同步和触发，同时可以利用局域网实现分布式的测量。因此在未来测试中无论科学研究人员身处何处，都可以使用基于网络化的LXI逻辑分析仪进行现场数据的检测，随着3G技术的不断完善发展，我们有理由相信在不久的将来，基于无线的LXI逻辑分析仪将极大的解放科学研究人员的工作量，为测试工作带来方便。最重要的一点是LXI逻辑分析仪具有一个高精度的时钟同步接口，可以支持IEEE1588高精准时钟同步，同步精度可以达到亚微秒级，该精度为国内LXI仪器的已知最高精度。 最终实现触发精度达到500ns以内，具有64个高速数据通道和4个高速时钟通道，最大采样率为1GS/s,最大存储深度为8Mb/通道的LXI逻辑分析仪。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的： 为了解决任务中测试点分散，设备间高精度协同性特点，提出了LXI仪器。基于LAN连通能力使LXI模块能在任何地方被访问。逻辑分析仪是数字领域测试的主要仪器。本设计是集LXI总线和逻辑分析仪于一体的网络化分布式LXI逻辑分析仪，可以实现远程的数字测试任务，高精度时间同步和触发和分布式的测量。 基本思路： 软件设计包括LXI逻辑分析仪模块的虚拟仪器界面、仪器驱动接口和IEEE1588时钟同步软件三部分。在硬件设计方面，整个结构主要包括前向通道、数据采集模块、LXI主板接口模块。 创新点、技术关键点： a）将LXI总线标准和逻辑分析仪结合，实现网络化分布式数字化测量任务、支持远程操作并实现高精度同步和触发。 b)采用FPGA在以太网物理层截获时间戳，辅助软件实现IEEE1588协议的解决方案，大大了提高时钟同步精度。 c)采用4个FPGA分别接收2组相同的16路信号，通过两路相位差为180度的500MHz信号进行倍频采样，实现1GSPS的采样速率。 d)在逻辑分析仪硬件设计中，其控制模块，数据处理，触发电路，存储控制电路，均采用FPGA实现，成本低，灵活性高。 主要技术指标： a)符合LXI规范，IEEE1588同步精度到500ns b)支持硬件触发，触发精度到纳秒级±（5ns+5ns/米） c)最大采样率：1GS/s d)最大存储深度：8Mb/通道 e)通道数：64个数据通道，4个时钟通道；通道间延迟误差：≤3ns
科学性、先进性
- LXI逻辑分析仪是集LXI总线的网络化分布式特性和逻辑分析仪在数字系统的测试重要性于一体的一个网络化分布式的仪器，可以实现远程数字测试调试任务，网络内多台LXI仪器之间高精度的时间同步和触发以及局域网内分布式的测量。同时设计作品是符合LXI标准A类产品，除了支持LAN触发、IEEE1588触发外还支持高精度的硬件触发。仪器同步的精度可以达到500ns以内，可以满足高精度的时钟校准任务。该LXI逻辑分析仪具有64个高速数据通道和4个高速时钟通道，最大采样率为1GSa/s，最大存储深度为8Mb/通道。国内外符合LXI标准的LXI逻辑分析仪还没有研发出来，因此这将使我国在LXI仪器领域占得一席之地，而且时钟触发和同步的精度可以稳定在500ns以内，据目前已知的同步和触发精度，该精度为国内的最高精度，即使与国外A类产品相比较，该技术指标也是具有竞争力的。因为LXI仪器处于起步阶段，因此基于LXI标准的逻辑分析仪将是一个很大的市场空间，对于国家在LXI产品化方面将有一定的提升。
获奖情况及鉴定结果
- 在2011年6月11日获得第十一届“挑战杯”四川省大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。 查新报告（详见附件）。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 整体转让 协助开发
作品可展示的形式
- 实物、产品和现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- LXI逻辑分析仪是一个支持网络化分布式的A类LXI仪器，为未来远程网络化测试和调试带来可能。该仪器具有64个高速数据通道和4个高速时钟通道，最大采样率为1GS/s,最大存储深度为8Mb/通道。最重要的是该产品具有一个高精度时钟同步接口，支持IEEE1588高精准时钟同步，同步精度可以稳定在500ns以内，该精度为国内LXI仪器已知最高精度。在监测污水处理厂、泵站、水电站、风力发电、气象站和过程控制等地传感器传回的数据时，这些应用在很远很分散的地方收集数据。同时测试项目也很多，如航天系统的测量与控制，这使得监测点较多又不集中在一起。对于某些测试任务，要求某些测试设备具有协同操作的特性。LXI仪器可以很好的解决这些问题。对LXI逻辑分析仪有了较深入研究之后，这对于其他LXI仪器的移植都具有较好的借鉴作用，就可以实现上述的种种应用。这些应用将大大解放出劳动力，使更多的人投入到更需要人力的行业。大大节省开支，为政府、公司等创惠。且市场上还没有出现LXI逻辑分析仪，因此该产品将具有较大市场价值。
同类课题研究水平概述
- LXI总线标准问世之后，美国国防部，北京航天测控技术开发公司等都已先后加入LXI联盟。目前国内从事LXI技术研究的单位也都正积极研究LXI及其相关标准，对时钟同步等关键技术也正在积极探索。但是国内LXI设备的时钟同步精度和国际先进水平相差较大，一般只能达到微秒级别，而且是只支持LAN触发的C类产品或者为支持LAN触发和IEEE1588同步触发的B类产品，且LXI仪器的产品化能力较弱。随着计算机技术的飞速发展，数字系统特别是数字总线系统已经成为电子设备必不可缺少的核心部分，逻辑分析仪作为数字领域测试的主要测试仪器，在数字系统的测试与调试中发挥了非常重要的作用，目前国内外还没有出现符合LXI标准的逻辑分析仪，因此没有具体可以参考的数据指标。但是对于LXI仪器，国内的目前已知同步和触发精度最高为北京航天测控技术开发公司，其精度可达1us。国外同步精度最高的安捷伦可以达100ns，而我们的LXI模块在对连线连接的情况下可以达到150ns，而一般的同步和触发精度可以稳定在500ns以内，而且该仪器属于A类的LXI仪器，而一般国内外仪器大多数都是仅支持LAN功能的C类仪器，少数为支持IEEE1588同步和触发的B类产品。
