為了賦能前沿應(yīng)用領(lǐng)域，NI通過產(chǎn)學(xué)研合作的方式，與領(lǐng)先的大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)攜手合作，為半導(dǎo)體、汽車和下一代通信技術(shù)等前沿應(yīng)用提供軟硬件解決方案。在“NI前沿案例系列”中，我們拆解了前沿案例，與產(chǎn)學(xué)研屆的研究者一起探索創(chuàng)新密碼。

01  NI軟件定義的PXI模塊化測試平臺(tái)

PXI平臺(tái)是一個(gè)以軟件為核心的基于PC的模塊化儀器平臺(tái)，以其高性能、可擴(kuò)展性和可靠性，廣泛用于科研和教育、制造測試、軍事和航空、機(jī)器監(jiān)測、 通訊和射頻測試、汽車和工業(yè)測試等諸多領(lǐng)域的測量和自動(dòng)化系統(tǒng)的開發(fā)。PXI于1997年由NI創(chuàng)始，已成為公開行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

PXI系統(tǒng)由3種主要硬件組件組成：機(jī)箱、控制器和外設(shè)模塊。機(jī)箱可為系統(tǒng)提供電源、冷卻和通信總線， 同時(shí)提供重要的定時(shí)和同步功能。PXI嵌入式控制器提供Windows和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)選項(xiàng)， 作為所有儀器的中央處理和控制樞紐，可通過連接至視頻顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)等外設(shè)來提供人機(jī)界面。

NI提供超過600種不同的PXI模塊， 涵蓋高精度多通道源測量單元SMU、 NI高精度高速采集模塊、 可重配置FPGA IO模塊等等。這些硬件均由軟 件驅(qū)動(dòng) ，PXI平臺(tái)得到了廣泛的軟件支持 ，程序可采用LabVIEW 、C/C++、 .NET或Python等代碼編寫，可通過測試管理軟件（例如TestStand）進(jìn)行管理，提供了友好的開發(fā)環(huán)境和豐富的驅(qū)動(dòng)程序庫，簡化測試系統(tǒng)的開發(fā)和控制。

02  NI高通道密度陣列測試板卡

NI提供的板卡和解決方案廣泛應(yīng)用于陣列測試，尤其是在需要高精度和高速度的數(shù)據(jù)采集、信號處理和控制的應(yīng)用中。陣列測試涉及多個(gè)傳感器或信號源的同步數(shù)據(jù)采集、信號處理和分析，以實(shí)現(xiàn)精確的信號檢測、電壓電流測量及分析，常見于新型材料陣列的驗(yàn)證、聲學(xué)超表面研究以及高通道密度的芯片研究。

?PXI聲音振動(dòng)采集模塊DSA-聲學(xué)陣列測試

PXI聲音和振動(dòng)模塊專為音頻測試和測量、噪聲和振動(dòng)診斷、機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測、 汽車測試、噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度（NVH） 分析以及實(shí)驗(yàn)室研究等應(yīng)用而設(shè)計(jì)。該系列板卡最高提供16個(gè)模擬輸入通道， 高通道密度，適用于多點(diǎn)測量和陣列應(yīng)用。最高可達(dá)204.8kS/s的采樣率，適用于高速動(dòng)態(tài)信號采集。 

每個(gè)通道配備獨(dú)立的24位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，確保卓越的信號保真度。極低的本底噪聲和較高的動(dòng)態(tài)范圍， 能夠捕捉寬動(dòng)態(tài)范圍的信號。支持多板卡同步，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展系統(tǒng)的同步數(shù)據(jù)采集。提供軟件可配置的交流/直流耦合、抗混疊濾波器和IEPE調(diào)節(jié)， 以確保使用麥克風(fēng)、加速度計(jì)和其他具有大動(dòng)態(tài)范圍的傳感器進(jìn)行精確測量。

?PXI數(shù)字模式板卡-半導(dǎo)體器件、芯片陣列NI提供高性能的用于高速數(shù)據(jù)傳輸，通信和數(shù)字接口測試的數(shù)字模式板卡。專為需要精確和高速數(shù)字信號生成與采集的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，廣泛用于半導(dǎo)體測試、通信設(shè)備驗(yàn)證以及嵌入式系統(tǒng)開發(fā)等領(lǐng)域。 

板卡可提供多達(dá)32個(gè)數(shù)字通道，支持并行測試和多設(shè)備同步。通過組合多個(gè)模塊，最多可創(chuàng)建包含512個(gè)通道的同步數(shù)字子系統(tǒng)。高達(dá)200Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率和160MHz的時(shí)鐘發(fā)生頻率。軟件方面，提供數(shù)字模式編輯器等多種開發(fā)調(diào)試工具以及LabVIEW和基于文本語言的API支持。PXI數(shù)字模式板卡的高通道數(shù)、高數(shù)據(jù)速率和豐富的測量功能也適用于多種陣列測試場景。

?PXI源測量單元SMU-新型材料陣列研究PXI源測量單元SMU提供精確的電壓或電流源以及測量功能，能夠同時(shí)進(jìn)行電源和測量操作， 提供高精度、 高分辨率和快速響應(yīng)的測量能力。SMU模塊能夠在一個(gè)緊湊的PXI機(jī)箱中提供多個(gè)通道，單個(gè)SMU最高可提供24個(gè)通道，單個(gè)機(jī)箱最高可達(dá)408個(gè)通道，極大地提高了系統(tǒng)的通道密度，減少了系統(tǒng)占用空間和成本。

這對于大規(guī)模并行測試和多點(diǎn)測量應(yīng)用尤其重要。SMU可提供高達(dá)6?位的分辨率，10fA的電流靈敏度，能夠精確測量微小的電壓和電流變化。NI高通道密度SMU產(chǎn)品以其高精度、高通道密度和靈活的配置能力，成為半導(dǎo)體測試、材料研究、傳感器測試和電子器件特性分析等領(lǐng)域的理想選擇。通過與NI軟件工具的無縫集成，不僅簡化了系統(tǒng)開發(fā)和控制，還提高了測試的效率和準(zhǔn)確性。無論是大規(guī)模并行測試，還是精密的電氣測量，NI高通道密度SMU產(chǎn)品都能提供卓越的性能和可靠性，非常適用于新型材料的陣列測試， 廣泛應(yīng)用于存算一體、 光電探測器等領(lǐng)域。

03  NI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的平臺(tái)

NI提供高度靈活和可配置的儀器平臺(tái)FlexRIO以及高性能的PXI FPGA板卡， 適用于需要高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜的測試測量場景，如實(shí)時(shí)圖像處理， 復(fù)雜協(xié)議分析和生成，快速控制和反饋系統(tǒng)等，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像、工業(yè)檢測、通信、汽車等應(yīng)用領(lǐng)域。

?FlexRIO平臺(tái)

FlexRIO通過結(jié)合強(qiáng)大的Xilinx可重配置FPGA，支持高并行度，能夠處理高速數(shù)據(jù)流，適用于需要高采樣率和低延遲的數(shù)據(jù)采集和處理以及自定義硬件設(shè)計(jì)的應(yīng)用。FPGA的并行處理能力使其能夠?qū)崟r(shí)處理復(fù)雜信號及復(fù)雜算法。

FlexRIO 產(chǎn)品支持兩種架構(gòu)。第一種架構(gòu)結(jié)合了多種模塊化 I/O， 支持模擬和數(shù)字以及射頻信號的輸入輸出，這些模塊附加在用于 FlexRIO 的 PXI FPGA 模塊的前面，并通過并行數(shù)字接口進(jìn)行通信，用戶可以根據(jù)具體應(yīng)用選擇合適的I/O配置，滿足不同應(yīng)用場景的需求；第二種架構(gòu)使用高速串行轉(zhuǎn)換器， 并在單個(gè)設(shè)備中集成了I/O和XilinxUltraScale FPGA技術(shù)， 利用Xilinx最新的 FPGA 芯 片、 PCI Express等串流技術(shù)以及NI P2P 數(shù)據(jù)流高速傳輸技術(shù)，通過背板與其他模塊進(jìn)行高帶寬數(shù)據(jù)通信。

與 PXI矢量信號收發(fā)儀等其他 PXI 設(shè)備配合使用，可提供實(shí)時(shí)運(yùn)行復(fù)雜算法所需的額外FPGA資源。FlexRIO平臺(tái)作為一個(gè)完全可重配置的儀器，結(jié)合了硬件， 軟件和IP庫，工程師可以快速開始構(gòu)建定制設(shè)計(jì)。

?可重配置FPGA IO模塊除FlexRIO平臺(tái)，NI提供一系列高性能PXI FPGA板卡，專為高速數(shù)據(jù)采集、 實(shí)時(shí)信號處理和靈活的I/O控制而設(shè)計(jì)。該系列板卡配備了Xilinx Kintex-7 FPGA，提供了強(qiáng)大的計(jì)算能力和靈活的并行處理能力。

FPGA的可編程性使得用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求，定制復(fù)雜的信號處理和控制算法。通過與LabVIEW FPGA模塊的無縫集成，這些板卡不僅簡化了開發(fā)流程，還為工程師和科學(xué)家提供了強(qiáng)大的工具，以應(yīng)對各種挑戰(zhàn)性的應(yīng)用需求。無論是高精度的數(shù)據(jù)采集，還是實(shí)時(shí)的信號處理，該系列板卡都能提供卓越的性能和靈活性。

04  NI超聲信號數(shù)據(jù)采集板卡

NI多功能I/O板卡以其高性能、靈活配置和易用性，成為數(shù)據(jù)采集、信號生成和控制的理想選擇。PXI多功能I/O板卡提供模擬I/O、數(shù)字I/O、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器以及觸發(fā)功能的組合，具有不同的通道數(shù)、采樣率和輸出速率，不同型號之間還具有精確的定時(shí)、觸發(fā)和同步。PXI多功能I/O 板卡具有 NI-DAQmx 驅(qū)動(dòng)程序和配置實(shí)用程序， 簡化了系統(tǒng)開發(fā)和控制， 提高了測量的效率和準(zhǔn)確性。該系列板卡被廣泛應(yīng)用于超聲信號采集，無損探傷等科學(xué)研究及多種工業(yè)測試場景。

NI同時(shí)也提供用于更高速率數(shù)據(jù)采集的示波器板卡，具有極高的采樣率， 可以達(dá)到數(shù)十億次每秒（GS/s） ，能夠捕捉到高速瞬態(tài)信號的細(xì)節(jié)。NI產(chǎn)品線提供從低速到高速數(shù)據(jù)采集，不同通道數(shù)量的豐富選擇， 覆蓋不同的測試需求及應(yīng)用場景。

05  NI高精度小信號數(shù)據(jù)采集板卡

NI提供一系列高精度小信號數(shù)據(jù)采集板卡，分辨率最高可達(dá)28位，能夠捕捉非常細(xì)微的信號變化， 最高可支持32路同步通道，允許同時(shí)采集多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)， 適用于需要并行數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用。 

為了確保采集到的信號質(zhì)量，不同板卡提供不同類型的隔離和濾波。采樣率范圍為5kS/s/ch 到20MS/s/ch，能夠捕捉快速變化的信號。軟件可通過 NI-DAQmx 驅(qū)動(dòng)程序配置實(shí)用程序，簡化配置和測量。NI高精度小信號數(shù)據(jù)采集板卡以其高性能、 靈活性和易用性受到廣泛認(rèn)可，是生物醫(yī)療， 如腦電信號測試， 生物傳感以及芯片功耗分析等需要高精度測量應(yīng)用場景中的理想選擇。