01 引言

模塊化儀器比傳統儀器的尺寸大大減小，適合安裝在電路卡上，同時也可以將多個卡插入具有通用電腦接口、電源和互連的框架中。

模塊化儀器框架包括使用標準 PCIe 接口的計算機、PXI 測試框架或基於 LXI 的盒子，工程師通常會使用多個卡並將其配置到測試系統中，系統可能包含多個儀器、具有多個通道的單一儀器類型或兩者的組合。

上圖顯示了配備兩個 PCIe 模塊化數字化儀的攜帶式電腦。這種精緻、獨立的裝置可在車輛內使用，允許車輛行駛時進行測量。基於 PXI 的模塊化系統並不具有自主性，他們需要外部顯示器和鍵盤才能工作，但可以在單個機箱內按需配置更多數量的模塊化儀器。

基於 LXI 的系統（例如 Spectrum數字化儀和 AWG二合一產品）非常適合實驗室安裝和移動使用，透過 LAN 提供大量通道和連接，以便與筆記型電腦或遠程控制室監測和控制直接連接。

02 車載電子介紹

  車載電子子系統的基礎是微處理器。

這些微處理器與標準微處理器的不同之處在於具有更高的環境和可靠性標準，以及添加了專用車輛總線和接口（例如CAN、LIN 和PSI5）。這些接口允許微處理器與其他處理器、傳感器和執行器通訊。

控制器局域網或 CANbus 是此處所示的最複雜的數據總線，也是許多汽車數據鏈路的骨幹。在其基本形式中，它使用帶有8 字節數據包的差分訊號透過兩線總線以20 kb/s 至1 Mb/s 的速度交換數據。最新版本的 CAN 靈活數據速率(CAN FD) 將數據內容擴展到以高達12 Mb/s 的速度交換的64 字節數據包。

本地互連網路或 LIN 總線是一種成本較低的總線，用於幫助降低非關鍵應用的成本。它使用兩個、四個或八字節數據幀通過單線以高達 20 kb/s 的速度運行。

PSI 5 接口用於將多個傳感器連接到電子控制單元，並已用作安全氣囊和相關約束系統的主要傳感器通訊總線。它是一種兩線總線，使用曼徹斯特編碼，運行速度高達189 kb/s。

03 Digitizer 在汽車測試的應用

最常用的模塊化儀器是數字化儀。數字化儀是一種電子採集設備，它採集模擬波形、採樣並透過模數轉換器(ADC) 將其數字化，並將數字化樣本發送到緩衝區，以便在電腦處理之前將其保存。

Spectrum數字化儀的 ADC 分辨率為8 至16 位，模擬帶寬高達1.5 GHz，採樣率高達每秒 5 Giga 樣本(GS/s)，每卡有1 到16 個通道。可以同步多個卡，每個系統最多可以有16 個卡（或最多256 個完全同步的通道）。這些儀器系統可以無限地重新配置，以採集、儲存和測量車載嵌入式系統中的訊號。

可以選擇數字化儀來匹配每個接口以及更常見的處理器和相關操作的數據速率和帶寬要求。

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考慮監控 CANbus 接口的任務。用於此測量的數字化儀具有遠程可配置輸入，允許每個通道使用單端或差分輸入。在本例中使用了差分輸入。結果如上圖所示。該採集結果使用 SBench 6 軟體顯示，該軟體允許對接口的物理層進行分析。可以驗證訊號的幅度和時序，以確保符合 CANbus 標準。

信號幅度的基本測量（包括峰峰值、最大值和最小值）表徵了數據包。對上升和下降時間進行額外的定時測量，以確保總線訊號的完整性。

除了物理層之外，Spectrum digitizer還可以與 LabVIEW 和 MATLAB 等第三方程式連接，在其中可以解碼波形數據並探索協議層。經驗豐富的工程師可以使用 Windows 和Linux 驅動程式以C、C++、Python 或類似語言創建自定義程式，以開發自定義解碼操作。

模塊化儀器非常適合車輛測試應用，它們提供大量分辨率從8 位到16 位的通道。高達5 GS/s 的採樣率允許選擇與應用相匹配的快速或慢速採樣，即使缺少組件，它們也可以進行測試。PCIe、PXI 或LXI 配置的選擇符合便攜式或實驗室測試的需求。

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