CN113640552A - 一种新型测量仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型测量仪器，包括机箱控制模块和功能模块。其中，机箱控制模块包括零槽控制器和高速数据传输总线；功能模块包括高速数据总线接口和硬件接口；功能模块通过高速数据总线接口插接在机箱控制模块的背板上，高速数据传输总线连接在零槽控制器与功能模块之间；功能模块通过硬件接口与上位机连接。该新型测量仪器摆脱了传统测量仪器相对固定的使用模式，采用功能模块与机箱控制器自由组合的形式。在机箱控制器上工作时，多个功能模块通过高速数据传输总线，实现高速率数据传输；独立使用时，功能模块提供了硬件接口与上位机完成高速数据通信和传输，以此提高测量仪的使用灵活性、携带方便性，并且避免了重复购买造成的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及一种测控设备，具体而言，涉及一种新型测量仪器。
背景技术
传统的测量仪器的功能和规模相对固定，如示波器、频谱仪、数字万用表等等。针对PXI、PCI、VXI、VPX等技术标准及其系列化的测量模块，用户可以基于PXI机箱插入PXI功能模块，实现系统级应用。但在很多应用场景下，这种模式存在不足。比如，用户购买了很多模块，组成几十甚至上百通道的系统。但是，当用户只需要使用很少的通道去另外一个实验地点进行测量时，也不得不携带整个机箱一起行动，非常不便；如果在不同的地点同时都需要进行实验，则更无法满足用户要求，往往不得不进行重复购买，造成极大的浪费。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：传统的测量仪器的功能和规模固定，不便于使用和携带，也会造成浪费。目的在于提供一种新型测量仪器，能够实现多个功能模块与机箱控制器的组合使用和多个功能模块的脱机独立使用，提高测量仪的使用灵活性、携带方便性，避免重复购买造成的浪费。
本发明通过下述技术方案实现：
一种新型测量仪器，包括机箱控制模块和功能模块；所述机箱控制模块包括零槽控制器和高速数据传输总线；所述功能模块包括高速数据总线接口和硬件接口，硬件接口可以是USB3.0接口或千兆网高速接口；所述功能模块通过所述高速数据总线接口插接在所述机箱控制模块的背板上，所述高速数据传输总线连接在所述零槽控制器与所述功能模块之间；所述功能模块通过所述USB3.0接口或所述千兆网接口中的一个与上位机连接。
与现有技术相比，本发明提供的一种新型测量仪器摆脱了传统测量仪器相对固定的使用模式，采用功能模块与机箱控制器自由组合的形式，以此实现多种测量功能模块不同组合应用，即通过将功能模块插入机箱控制器，共同组成测量系统实现同步使用，各功能模块也可脱离机箱便携的独立使用。在机箱控制器上工作时，多个功能模块通过高速数据传输总线，实现高速率数据传输，同时多个功能模块同步信号控制下工作；独立使用时，功能模块提供了USB3.0接口和千兆网高速接口与上位机完成高速数据通信和传输，以此提高测量仪的使用灵活性、携带方便性，并且避免了重复购买造成的浪费。
作为对本发明的进一步描述，该新型测量仪器包括多个功能模块，所述零槽控制器包括多个槽位，所述功能模块与所述槽位一一对应。各槽位独立传输互不干涉，既能保证各槽位有独立的传输带宽，又能避免模块间相互干扰。
作为对本发明的进一步描述，所述高速数据传输总线包括相互独立的高速数据传输通道、命令控制通道、同步控制通道和模块状态反馈通道。高速数据传输总线的高斯数据传输通道、命令控制通道、同步控制通道和模块状态反馈通道相互独立，可保障数据高速传输，避免协议控制命令占用数据传输带宽开销，并且以点对点的形式构建的高速数据传输通道，能够实现模块间的高速数据传输，传输速度400MB/S～500MB/S，支持CRC校验，支持错误重发。
作为对本发明的进一步描述，所述高速数据总线接口为FPGA的高速串行收发器用SRIO接口，采用8b/10b编码实现；所述高速数据传输通道包括串行收发器；所述命令控制通道包括低速串行接口；所述同步控制通道包括等长布线的FPGA并行接口，使逻辑延时小于100ps，以保证各模块间的同步性；所述模块状态反馈通道针对各模块的采集状态及工作状态做指示，包括串行接口和并行接口，对同步相关的状态标志用并口IO反馈到零槽，而与同步无关的状态则用串口反馈，如：模块槽位号、附加调理功能类型及状态等。
作为对本发明的进一步描述，所述功能模块包括电源接口；所述高速数据总线接口、所述USB3.0接口、所述千兆网接口和所电源接口位于所述功能模块的同一侧。实现在有限的空间内提供多路信号接口。
作为对本发明的进一步描述，新型测量仪器还包括外接电源和内接电源；所述外接电源包括机箱电源和外置电源适配器；所述内接电源设置在所述功能模块内。
作为对本发明的进一步描述，所述功能模块包括电源选择电路和电源管理电路；所述电源选择电路的输入端与所述外接电源和所述内接电源连接，所述电源选择电路的输出端与所述电源管理电路的输入端连接，所述电源管理电路的输出端为所述功能模块供电。
作为对本发明的进一步描述，所述电源管理电路包括LDO芯片，进一步去干扰。
作为对本发明的进一步描述，所述高速数据总线接口凸出于所述功能模块的外表面，所述USB3.0接口、所述千兆网接口和所述电源接口与所述功能模块的外表面齐平。保证独立使用的USB3.0接口及千兆网接口避开空间上的干涉。
作为对本发明的进一步描述，新型测量仪器还包括保护壳，所述保护壳包裹在所述功能模块的外表面；在所述保护壳上，位于所述高速数据总线接口、所述USB3.0接口、所述千兆网接口和所述电源接口的一侧设置有开口区域和保护区域，所述USB3.0接口、所述千兆网接口和所述电源接口位于所述开口区域内，所述高速数据总线接口位于所述保护区域内。当独立使用时加上保护壳，可对高速数据总线接口形成保护，仅露出需要使用的非机箱接口。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明实施例提供的一种新型测量仪器，摆脱了传统测量仪器相对固定的使用模式，采用各功能模块与机箱控制器自由组合的形式，功能模块可以插入机箱组成系统同步使用，也可脱离机箱便携的独立使用；
2、本发明实施例提供的一种新型测量仪器，当功能模块在机箱控制器上工作时，通过高速数据传输总线，实现400MB/S以上的传输速率，同时多个功能模块在ns级别的同步信号控制下工作；
3、本发明实施例提供的一种新型测量仪器，当功能模块独立使用时，功能模块提供了USB3.0和千兆网高速接口与上位机完成高速数据通信和传输；
4、本发明实施例提供的一种新型测量仪器，可实现上百路通道的多种测量任务；
5、本发明实施例提供的一种新型测量仪器，可提高测量仪的使用灵活性、携带方便性；
6、本发明实施例提供的一种新型测量仪器，各零槽独立传输互不干涉，既能保证各槽有独立的传输带宽，又能避免模块间相互干扰；
7、本发明实施例提供的一种新型测量仪器，其高速数据传输总线的高斯数据传输通道、命令控制通道、同步控制通道和模块状态反馈通道相互独立，可保障数据高速传输，避免协议控制命令占用数据传输带宽开销；
8、本发明实施例提供的一种新型测量仪器，将所有通信接口及电源接口等放于模块一侧，实现了在有限的空间内提供多路信号接口。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种新型测量仪器组成原理示意图；
图2为本发明实施例提供的功能模块接口分布示意图；
图3为本发明实施例提供的电源连接示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-机箱控制模块，2-功能模块，3-外接电源，4-内接电源，5-保护壳，11-零槽控制器，12-高速数据传输总线，21-高速数据总线接口，22-USB3.0接口，23-千兆网接口，24-电源接口，25-电源选择电路，26-电源管理电路，121-高速数据传输通道，122-命令控制通道，123-同步控制通道，124-模块状态反馈通道。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例
图1为本实施例提供的一种新型测量仪器的组成原理示意图。如图所示，该新型测量仪器，包括机箱控制模块1和功能模块2；所述机箱控制模块1包括零槽控制器11和高速数据传输总线12；所述功能模块2包括高速数据总线接口21、USB3.0接口22和千兆网接口23；所述功能模块2通过所述高速数据总线接口21插接在所述机箱控制模块1的背板上，所述高速数据传输总线12连接在所述零槽控制器11与所述功能模块2之间；所述功能模块2通过所述USB3.0接口22或所述千兆网接口23中的一个与上位机连接。
其中，高速数据传输总线12包括相互独立的高速数据传输通道121、命令控制通道122、同步控制通道123和模块状态反馈通道124。高速数据传输总线12的高斯数据传输通道、命令控制通道122、同步控制通道123和模块状态反馈通道124相互独立，可保障数据高速传输，避免协议控制命令占用数据传输带宽开销，并且以点对点的形式构建的高速数据传输通道121，能够实现模块间的高速数据传输，传输速度400MB/S～500MB/S，支持CRC校验，支持错误重发。需说明的是，上述新型测量仪器包括多个功能模块2，功能模块2的个数根据实际需求而定。所述零槽控制器11包括多个槽位，所述功能模块2与所述槽位一一对应。各槽位独立传输互不干涉，既能保证各槽位有独立的传输带宽，又能避免模块间相互干扰。
更进一步的，高速数据总线接口21为FPGA的高速串行收发器用SRIO接口，采用8b/10b编码实现；所述高速数据传输通道121包括串行收发器；所述命令控制通道122包括低速串行接口；所述同步控制通道123包括等长布线的FPGA并行接口，使逻辑延时小于100ps，以保证各模块间的同步性；所述模块状态反馈通道124针对各模块的采集状态及工作状态做指示，包括串行接口和并行接口，对同步相关的状态标志用并口IO反馈到零槽，而与同步无关的状态则用串口反馈，如：模块槽位号、附加调理功能类型及状态等。
上述功能模块2还包括电源接口24；所述高速数据总线接口21、所述USB3.0接口22、所述千兆网接口23和所电源接口24位于所述功能模块2的同一侧。实现在有限的空间内提供多路信号接口。
此外，新型测量仪器还包括外接电源3和内接电源4；所述外接电源3包括机箱电源和外置电源适配器；所述内接电源4设置在所述功能模块2内。于此对应的，功能模块2包括电源选择电路25和电源管理电路26；所述电源选择电路25的输入端与所述外接电源3和所述内接电源4连接，所述电源选择电路25的输出端与所述电源管理电路26的输入端连接，所述电源管理电路26的输出端为所述功能模块2供电。其中，电源管理电路26包括LDO芯片，进一步去干扰，所以无论是主电源还是副电源对设备供电均能保障测量精度及测量结果的一致性。
上述电源选择电路25和电源管理电路26的具体工作原理是，外置适配器供电为主电源，电池模块供电为副电源；当主、副电源均接通时，通过电源选择电路25自动设置为主电源供电，若只有主或副电源其中一路接通时，则自动选择当前所接入的电源供电，电源供电选择均是自动完成不需用户手动干预；后续的电源管理电路26则由DCDC转换电路实现，由于主、副电源的供电电压的最低范围均超过DCDC输入电压要求，所以无论是主电源还是副电源供电，DCDC所输出到各模块的电压均相同。
需进一步说明的是，高速数据总线接口21凸出于所述功能模块2的外表面，所述USB3.0接口22、所述千兆网接口23和所述电源接口24与所述功能模块2的外表面齐平。保证独立使用的USB3.0接口22及千兆网接口23避开空间上的干涉。
除上述结构描述外，新型测量仪器还包括保护壳5，所述保护壳5包裹在所述功能模块2的外表面；在所述保护壳5上，位于所述高速数据总线接口21、所述USB3.0接口22、所述千兆网接口23和所述电源接口24的一侧设置有开口区域和保护区域，所述USB3.0接口22、所述千兆网接口23和所述电源接口24位于所述开口区域内，所述高速数据总线接口21位于所述保护区域内。当独立使用时加上保护壳5，可对高速数据总线接口21形成保护，仅露出需要使用的非机箱接口。
本实施例提供的新型测量仪器摆脱了传统测量仪器相对固定的使用模式，采用功能模块2与机箱控制器自由组合的形式，以此实现多种测量功能模块2不同组合应用，即通过将功能模块2插入机箱控制器，共同组成测量系统实现同步使用，各功能模块2也可脱离机箱便携的独立使用。在机箱控制器上工作时，多个功能模块2通过高速数据传输总线12，实现高速率数据传输，同时多个功能模块2同步信号控制下工作；独立使用时，功能模块2提供了USB3.0接口22和千兆网高速接口与上位机完成高速数据通信和传输，以此提高测量仪的使用灵活性、携带方便性，并且避免了重复购买造成的浪费。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种新型测量仪器，其特征在于，包括机箱控制模块(1)和功能模块(2)；所述机箱控制模块(1)包括零槽控制器(11)和高速数据传输总线(12)；所述功能模块(2)包括高速数据总线接口(21)和硬件接口；所述功能模块(2)通过所述高速数据总线接口(21)插接在所述机箱控制模块(1)的背板上，所述高速数据传输总线(12)连接在所述零槽控制器(11)与所述功能模块(2)之间；所述功能模块(2)通过所述硬件接口与上位机连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型测量仪器，其特征在于，包括多个功能模块(2)，所述零槽控制器(11)包括多个槽位，所述功能模块(2)与所述槽位一一对应；所述硬件接口包括USB3.0接口(22)和千兆网接口(23)。
3.根据权利要求1所述的一种新型测量仪器，其特征在于，所述高速数据传输总线(12)包括相互独立的高速数据传输通道(121)、命令控制通道(122)、同步控制通道(123)和模块状态反馈通道(124)。
4.根据权利要求3所述的一种新型测量仪器，其特征在于，所述高速数据总线接口(21)为FPGA的高速串行收发器用SRIO接口，所述高速数据传输通道(121)包括串行收发器，所述命令控制通道(122)包括低速通用串行接口，所述同步控制通道(123)包括等长布线的FPGA并行接口，所述模块状态反馈通道(124)包括串行接口和并行接口。
5.根据权利要求2所述的一种新型测量仪器，其特征在于，所述功能模块(2)包括电源接口(24)；所述高速数据总线接口(21)、所述USB3.0接口(22)、所述千兆网接口(23)和所述电源接口(24)位于所述功能模块(2)的同一侧。
6.根据权利要求5所述的一种新型测量仪器，其特征在于，包括外接电源(3)和内接电源(4)；所述外接电源(3)包括机箱电源和外置电源适配器；所述内接电源(4)设置在所述功能模块(2)内。
7.根据权利要求6所述的一种新型测量仪器，其特征在于，所述功能模块(2)包括电源选择电路(25)和电源管理电路(26)；所述电源选择电路(25)的输入端与所述外接电源(3)和所述内接电源(4)连接，所述电源选择电路(25)的输出端与所述电源管理电路(26)的输入端连接，所述电源管理电路(26)的输出端为所述功能模块(2)供电。
8.根据权利要求7所述的一种新型测量仪器，其特征在于，所述电源管理电路(25)包括LDO芯片。
9.根据权利要求5-8中任意一项所述的一种新型测量仪器，其特征在于，所述高速数据总线接口(21)凸出于所述功能模块(2)的外表面，所述USB3.0接口(22)、所述千兆网接口(23)和所述电源接口(24)与所述功能模块(2)的外表面齐平。
10.根据权利要求9所述的一种新型测量仪器，其特征在于，包括保护壳，所述保护壳(5)包裹在所述功能模块(2)的外表面；在所述保护壳上，位于所述高速数据总线接口(21)、所述USB3.0接口(22)、所述千兆网接口(23)和所述电源接口(24)的一侧设置有开口区域和保护区域，所述USB3.0接口(22)、所述千兆网接口(23)和所述电源接口(24)位于所述开口区域内，所述高速数据总线接口(21)位于所述保护区域内。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113704162A (zh) * | 2021-09-01 | 2021-11-26 | 四川拓普测控科技有限公司 | 一种测量仪器专用高速数据传输总线 |
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