Die Hardwarearchitektur des NI SwitchBlock

Überblick

Dieses Whitepaper ist Teil der Reihe "Erste Schritte mit dem NI SwitchBlock".

Durch das benutzerspezifisch anpassbare Hardwaredesign des NI SwitchBlock ist die Erstellung großer Schaltmatrizen in PXI einfach. Außerdem wird die Verkabelung verringert, die Anbindung vereinfacht und eine hohe Flexibilität für verschiedene Schaltanforderungen geliefert. In diesem Whitepaper wird die Architektur vorgestellt, mit der eine saubere Spaltenerweiterung innerhalb und außerhalb des NI-SwitchBlock-Gehäuses möglich ist. Des Weiteren wird auf einige Designentscheidungen eingegangen, mit denen die Leistung des Systems verbessert und die Sicherheit der Schaltungsumgebung gewahrt werden kann.

Inhalt

Abbildung 1: Mit dem NI SwitchBlock kann der Anwender ein benutzerdefiniertes Schaltmodul mit hoher Kanalanzahl für seine Anwendung erstellen.

NI-SwitchBlock-Gehäuse und -Relaiskarten

Der NI SwitchBlock besteht aus einem PXI-Gehäuse mit einer Breite von vier Steckplätzen, das mit bis zu sechs Relaiskarten bestückt werden kann. Das Gehäuse umfasst einen hybridkompatiblen Anschluss auf der Rückseite des zweiten PXI-Steckplatzes und sechs virtuelle Geräte-Engines für Timing und Synchronisation. Relaiskarten sind mit einer Vielzahl von Relaistypen in Matrixtopologien verfügbar.

 

Relaiskarte Relaistyp Matrixdimensionen Max. Spannung (V) Max. Strom (Schaltstrom/Laststrom) Max. Leistung (W)
NI 2810 Reed 4x43 150 1 (1) A 20
NI 2811 Reed 8x21 150 1 (1) A 20
NI 2815 Reed 4x86 100 0,25 (0,25) A 3
NI 2816 Reed 8x46 100 0,25 (0,25) A 3

Tabelle 1: Angebotspalette NI-SwitchBlock-Relaiskarten

Zusammenstellung verschiedener Relaiskarten

Das NI-SwitchBlock-Gehäuse lässt sich mit einer beliebigen Kombination von Relaiskarten bestücken, die dann als einzelne oder zusammen als größere Matrizen, die über den Analogbus auf der Rückseite des Gehäuses verbunden sind, eingesetzt werden können.

So kann beispielsweise ein System, das eine 4x400-Matrixgröße mit zehn Spalten erfordert und bis zu 1 A schalten kann, mit einer NI-2810-Relaiskarte und fünf NI-2815-Relaiskarten in einem einzigen Gehäuse erstellt werden.

Abbildung 2: Front- und Rückansicht des NI-SwitchBlock-Gehäuses

Spaltenerweiterung

Die Backplane des Gehäuses beinhaltet 16 Analogbuskanäle, mit denen Signale zwischen Relaiskarten ausgetauscht werden können. Die Analogbusrelais befinden sich zwischen den Zeilen der Relaiskarten und der Backplane des Gehäuses, um jede Zeile einer Karte mit der Backplane verbinden zu können.

 

Abbildung 3: Signale lassen sich über den Analogbus des Gehäuses zwischen den Relaiskarten routen.

Optimierung der NI-SwitchBlock-Konfiguration

Jede Relaiskarte ist als Typ-A- und Typ-B-Konfiguration verfügbar. Der Anschluss an der Karte des Typs A bietet Zugriff auf die Spalten der Relaiskarte und zum Analogbus des Gehäuses. Damit die Auswirkungen auf den Bus möglichst gering sind, ist der Analogbus bei Karten des Typs B nicht mit dem Anschlussfeld verbunden und es werden für Anwender nur die Spalten als Anbindungsmöglichkeit bereitgestellt. Diese Karten wirken sich auf Kosten der Analogbusanbindung weitaus weniger auf die Busleistung aus. Die Zeilen der Relaiskarten sind indirekt über die Analogbuskanäle an Typ-A-Karten zugänglich. Zur Optimierung der Bandbreite sollte in NI-SwitchBlock-Konfigurationen nur eine geringe Anzahl von Relaiskarten des Typs A verwendet werden.

 

Abbildung 4: Relaiskarten sind in zwei Konfigurationen verfügbar, um die Bandbreite zu optimieren.

Für das Routen von Signalen von Zeilen zu Spalten ist eine Relaiskarte des Typs A erforderlich, damit der Zugang zu den Analogbuskanälen des NI-SwitchBlock-Systems vorhanden ist. Für das Routen von Spalte zu Spalte sind Typ-B-Module ausreichend. Der NI SwitchBlock lässt sich für das Routen von Signalen von Zeile zu Spalte oder Spalte zu Spalte konfigurieren.

Abbildung 5: Routen von Signalen von Zeile zu Spalte (links) und von Spalte zu Spalte (rechts)

Spaltenerweiterung auf mehrere Gehäuse

Das Gehäuse des NI SwitchBlock bietet Erweiterungsanschlüsse links und rechts, die bei gemeinsamer Nutzung mit den Erweiterungsbrückenkarten NI 2806 und weiteren Gehäusen einen durchgängigen Analogbus im PXI-Chassis (bis zu vier NI-SwitchBlock-Gehäuse mit 24 Relaiskarten in 16 PXI-Steckplätzen) ermöglichen. Die Anschlüsse an der Erweiterungsbrücke besitzen serielle Verbindungen, um eine automatische Identifizierung benachbarter Gehäuse und installierter Brückenkarten zu erlauben. Da nach Bedarf Gehäuse hinzugefügt werden können, lassen sich Matrizen mit über 8800 Kopplungspunkten in einem einzigen PXI-Chassis erstellen.

Relaiskarte Einzelne Relaiskarte Einzelgehäuse mit sechs Karten Einzelnes PXI-Chassis mit vier Gehäusen
NI 2810 4x43 4x258 4x1032
NI 2811 8x21 8x126 8x504
NI 2815 4x86 4x516 4x2064
NI 2816 8x46 8x276 8x1104

Tabelle 2: Durch Kombination von Relaiskarten im NI SwitchBlock können sehr große Matrizen erstellt werden.

Abbildung 6: Mit der Erweiterungsbrücke NI 2806 (links) können Signale zwischen Gehäusen geroutet werden. Dazu muss zuvor die Abdeckung des Analogbusses entfernt werden (rechts).

Spaltenerweiterung auf mehrere Chassis

Bei Systemen mit mehreren Chassis können die Relaiskarten des Typs A eingesetzt werden, um die Analogbuskanäle von einem PXI-Chassis auf weitere auszuweiten. Zur Optimierung der Bandbreite sollten die Relaiskarten des Typs A in die Mitte der NI-SwitchBlock-Konfigurationen platziert werden.

Abbildung 7: Mit Typ-A-Relaiskarten können Analogbuskanäle auf andere PXI-Chassis ausgeweitet werden.

Sicherheitsverriegelungssystem

NI-SwitchBlock-Karten erfordern den Einsatz eines Verriegelungswiderstands, ohne den Signale nicht zum oder vom Analogbus geroutet werden können.

Erkennung der Kabel am Frontpanel

Damit an den Frontanschlüssen der NI-SwitchBlock-Karten keine Signale mit hohen Spannungen freiliegen, wenn sie nicht mit NI-SwitchBlock-Zubehör verbunden sind, können die Karten erkennen, ob ein Kabel oder weiteres Zubehör mit dem Frontanschluss verbunden ist. NI-Zubehör für den NI SwitchBlock verbindet Pin 96 mit Pin 48 über einen 500-Ω-Widerstand (500 Ω ±20 Prozent, mindestens 1/10 W), der ins Zubehör integriert ist. Falls der Widerstand keine Verbindung zwischen diesen beiden Pins herstellt, können Matrixkanäle keine Verbindung zum Analogbus anlegen.

Erstellen benutzerdefinierter Prüfvorrichtungen

Falls ein Anwender ein eigenes Kabel oder eine benutzerdefinierte Prüfvorrichtung für den NI SwitchBlock erstellt, muss der Verriegelungswiderstand in das Design integriert werden, damit sichergestellt ist, dass die Signalleitungen bei Entfernen der Prüfvorrichtungen oder des Kabels sicher sind. Wenn ein Widerstand vorhanden ist, kann zudem ein integrierter Relaistest durchgeführt werden, wenn die Vorrichtung entfernt wird.

Abbildung 8: Sicherheitsverriegelungswiderstände an einem austauschbaren Prüfadapter in einer Massenverbindungslösung