14.07.2026
PXI (PCI eXtensions for Instrumentation) и его эволюционная версия PXI Express — это открытые модульные платформы, которые стали фактическим стандартом для построения высокопроизводительных измерительных систем и испытательных комплексов.
PXI/PXIe-платформа представляет собой аппаратно-программную среду, объединяющую преимущества промышленной шины PCI/PCI Express, стандарта CompactPCI, специализированных средств синхронизации и триггерных сигналов, критически важных для измерительных задач.
Главное отличие платформы от традиционного набора отдельных приборов заключается в единой модульной архитектуре. Вместо осциллографов, анализаторов, генераторов и коммутаторов, подключенных отдельными кабелями, инженер получает единый аппаратно-программный комплекс, в котором все устройства работают согласованно.
Это дает следующие преимущества:
высокую скорость обмена данными между модулями;
централизованное управление оборудованием;
простое расширение системы;
точную временную синхронизацию всех каналов;
снижение количества внешних соединений;
удобство обслуживания и модернизации.
Благодаря этим возможностям PXIe платформа стала отраслевым стандартом при создании испытательных и измерительных комплексов.
Архитектура платформы строится по модульному принципу. Каждый элемент выполняет собственную задачу, а вместе они образуют единую систему измерений.
Основой системы служит PXIe шасси — в него устанавливаются контроллер и измерительные модули.
В зависимости от конфигурации PXIe шасси может содержать различное количество слотов: от компактных решений для небольших лабораторий до крупных систем, рассчитанных на десятки модулей.
Внутри корпуса располагается объединительная шина (backplane). Она обеспечивает:
передачу данных между комплексом устройств;
распределение питания;
линии синхронизации;
сигналы тактирования;
взаимодействие между контроллером и установленными модулями.
При необходимости несколько PXIe шасси можно объединить в единую масштабируемую конфигурацию. Это помогает увеличивать число измерительных каналов без полной перестройки комплекса.
Вычислительным центром системы является PXIe контроллер. Он управляет установленными модулями, запускает испытания, обрабатывает поступающие данные и взаимодействует с программным обеспечением.
В зависимости от условий эксплуатации используют несколько вариантов исполнения:
встроенный контроллер — устанавливается непосредственно в PXIe шасси;
удаленный контроллер — подключается к шасси с внешнего компьютера;
контроллер реального времени — применяется в системах, где важны минимальные задержки и гарантированное время отклика.
Сегодня PXIe контроллер способен одновременно принимать данные из массы каналов, выполнять цифровую обработку сигналов и передавать результаты в систему хранения или аналитическое ПО.
Основную функциональность платформы определяют PXI модули. Именно они выполняют измерения, генерируют сигналы, коммутируют каналы и обеспечивают обмен информацией с внешним оборудованием.
В зависимости от задачи применяют разные типы модулей:
PXI модули сбора данных (DAQ);
измерительные модули;
генераторы сигналов;
коммутационные модули;
цифровые модули ввода-вывода;
специализированный модуль PXIe для вибрационных, температурных, тензометрических, акустических и других измерений.
Открытая архитектура позволяет свободно комбинировать PXI модули, подбирая конфигурацию под конкретную инженерную задачу. При необходимости в систему можно добавить новый модуль PXIe, не меняя остальное оборудование.
Объединительная шина (backplane) формирует единую систему из устройств. Помимо шины данных, она содержит специальные цепи для распределения тактового генератора и триггерных сигналов.
Тактовый генератор обеспечивает модули единым опорным сигналом (например, 10 МГц), что критично для синхронной дискретизации.
Триггерная шина позволяет запускать или останавливать измерения одновременно по нескольким модулям, например, от внешнего события или по достижению определенного уровня сигнала.
Для сверхточных измерений предусмотрена звездообразная триггерная сеть, которая обеспечивает минимальную и строго одинаковую задержку при передаче триггера между системным таймером и модулями.
Точность временной синхронизации положительно влияет на метрологические характеристики комплекса и повышает достоверность результатов.
Высокая производительность PXI Express — результат системы инженерных решений. Платформа сочетает возможности магистрали PCI Express, аппаратную синхронизацию и производительную вычислительную архитектуру. Благодаря этому она эффективно работает даже при регистрации больших потоков информации.
Главное отличие заключается в переходе на шину PCI Express. В то время как PXI использует параллельную шину PCI с пропускной способностью до 132 МБ/с, PXI Express (PXIe) основан на последовательной магистрали PCI Express (PCIe), которая поддерживает значительно более высокую скорость обмена.
Увеличенная пропускная способность: каждая линия (lane) PCIe Gen1 обеспечивает скорость 250 МБ/с в каждом направлении. Современные PXIe-шасси третьего поколения используют PCIe Gen3, где одна линия передает уже до 1 ГБ/с. Объединение линий в x4, x8 или x16 помогает достичь пропускной способности до 8 ГБ/с на один слот и до 24 ГБ/с и более для всей системы.
Повышенная скорость обмена данными и архитектура «точка-точка» позволяют организовать прямую передачу данных между модулями (Peer-to-Peer) без участия контроллера, что снижает задержки и разгружает процессор.
Она складывается из нескольких инженерных решений, которые работают одновременно.
Высокая скорость передачи данных. Благодаря магистрали PCI Express и высокой пропускной способности шины данные быстро передаются между PXIe контроллером и PXI модулями даже при интенсивной нагрузке.
Работа массы каналов. Архитектура платформы позволяет одновременно регистрировать сигналы с десятков и сотен каналов без снижения скорости измерений.
Минимальная задержка передачи данных. Данные практически сразу поступают в память контроллера, что особенно важно для испытаний в режиме реального времени и непрерывной обработки сигналов.
Точная синхронизация каналов. Все модули используют общий тактовый генератор и единую временную базу. Это повышает точность измерений и упрощает анализ результатов.
Масштабируемость. При увеличении числа каналов или изменении требований достаточно установить дополнительные PXI модули либо подключить еще одно PXIe шасси. Такой подход помогает развивать измерительный комплекс постепенно, без полной замены оборудования.
Сочетание этих решений делает PXI Express одним из наиболее эффективных стандартов для задач, где необходим высокоскоростной сбор данных.
PXI/PXIe-платформы нашли применение практически во всех областях, где требуются прецизионные автоматизированные измерения и испытания. Они используются для:
Испытательных стендов для проверки авиационных и ракетных двигателей, где необходимо обрабатывать тысячи сигналов от датчиков вибрации, температуры и давления в режиме реального времени.
Ракетно-космической техники для тестирования бортовых систем и оборудования.
Энергетических объектов для мониторинга и диагностики состояния турбин, генераторов и трансформаторов.
Транспортного машиностроения для проверки электронных систем управления двигателем, тормозными системами и системами безопасности.
Лабораторных исследований, где требуется гибкая перенастройка измерительного комплекса под различные экспериментальные задачи.
Ресурсных и сертификационных испытаний, где важны надежность и повторяемость результатов.
Систем промышленной автоматизации — например, для контроля технологических процессов на производственных линиях, мониторинга состояния оборудования в режиме реального времени и построения распределенных систем управления.
Выбор конфигурации начинается с понимания задачи. Основные критерии, которые следует учитывать:
Количество измерительных каналов напрямую определяет необходимое количество слотов в шасси.
Тип измеряемых сигналов (аналоговые, дискретные, высокочастотные) и их уровни определяют выбор конкретных PXI и PXIe модулей.
Требуемая скорость регистрации и объем данных влияют на выбор шасси с соответствующей пропускной способностью шины и быстродействие контроллера.
Синхронизация каналов: для фазочувствительных измерений обязательна поддержка триггерных и тактовых возможностей платформы.
Возможность дальнейшего расширения: лучше выбирать шасси с запасом по количеству слотов и мощности питания.
Требования к программному обеспечению и поддержка операционных систем (Windows, Linux, реального времени) важны для интеграции в существующую инфраструктуру.
Условия эксплуатации: для работы в жесткой среде могут потребоваться шасси с усиленным охлаждением и повышенной вибростойкостью.
Один из плюсов стандарта PXI/PXIe — открытость (мультивендорность). Модули разных производителей могут работать в одной системе благодаря совместимым драйверам и инструментам (например, NI‑DAQmx, NI‑VISA) и обмениваться данными с другими компонентами комплекса — в частности, если оба прибора являются генераторами сигналов.
Компания «МЕРА» разрабатывает аппаратные и программные решения для автоматизированных испытательных комплексов, построенных на базе архитектуры PXI/PXIe.
В своей деятельности компания делает ставку на создание полностью отечественных решений, что обеспечивает санкционную устойчивость и независимость от импортных поставок.
Инженерные компетенции охватывают:
Это помогает вести проекты от разработки концепции до ввода в эксплуатацию, а также обеспечивать полное сопровождение и развитие решений на протяжении всего жизненного цикла.
Можно ли использовать PXI/PXIe-платформу для поэтапной модернизации испытательного оборудования?
Модульный принцип построения позволяет постепенно заменять отдельные приборы на PXI модули, сохраняя работоспособность существующего измерительного комплекса. По мере необходимости можно устанавливать новые части системы, расширять число каналов и увеличивать вычислительные возможности комплекса без полной реконструкции стенда.
Какие задачи решает распределенная архитектура измерительных систем?
Распределенная архитектура дает возможность размещать оборудование в нескольких точках объекта, объединяя устройства в единую систему. Такой подход упрощает подключение датчиков, сокращает длину аналоговых линий связи и обеспечивает синхронную регистрацию данных на разных участках испытательного комплекса.
Какие факторы влияют на масштабируемость PXI/PXIe-платформы?
Основными факторами являются емкость PXIe шасси, поддержка объединения нескольких шасси, производительность PXIe контроллера, возможности системной шины, наличие свободных слотов и совместимость модулей. Чем гибче архитектура платформы, тем проще адаптировать ее к новым инженерным задачам.
Как обеспечить совместимость PXI/PXIe с существующей измерительной инфраструктурой предприятия?
Совместимость достигается за счет использования открытого стандарта PXI, поддержки современных интерфейсов обмена данными, наличия драйверов устройств и возможности интеграции с существующим программным обеспечением. При проектировании системы также учитываются особенности существующего оборудования и требования к обмену данными между различными подсистемами.
