NI前沿案例系列全集来了，揭秘科研项目背后的“隐形冠军”

为了赋能前沿应用领域，NI通过产学研合作的方式，与领先的大学研究团队携手合作，为半导体、汽车和下一代通信技术等前沿应用提供软硬件解决方案。在“NI前沿案例系列”中，我们拆解了前沿案例，与产学研届的研究者一起探索创新密码。

01  NI软件定义的PXI模块化测试平台

PXI平台是一个以软件为核心的基于PC的模块化仪器平台，以其高性能、可扩展性和可靠性，广泛用于科研和教育、制造测试、军事和航空、机器监测、 通讯和射频测试、汽车和工业测试等诸多领域的测量和自动化系统的开发。PXI于1997年由NI创始，已成为公开行业标准。

PXI系统由3种主要硬件组件组成：机箱、控制器和外设模块。机箱可为系统提供电源、冷却和通信总线， 同时提供重要的定时和同步功能。PXI嵌入式控制器提供Windows和实时操作系统选项， 作为所有仪器的中央处理和控制枢纽，可通过连接至视频显示器、键盘和鼠标等外设来提供人机界面。

NI提供超过600种不同的PXI模块， 涵盖高精度多通道源测量单元SMU、 NI高精度高速采集模块、 可重配置FPGA IO模块等等。这些硬件均由软 件驱动 ，PXI平台得到了广泛的软件支持 ，程序可采用LabVIEW 、C/C++、 .NET或Python等代码编写，可通过测试管理软件（例如TestStand）进行管理，提供了友好的开发环境和丰富的驱动程序库，简化测试系统的开发和控制。

02  NI高通道密度阵列测试板卡

NI提供的板卡和解决方案广泛应用于阵列测试，尤其是在需要高精度和高速度的数据采集、信号处理和控制的应用中。阵列测试涉及多个传感器或信号源的同步数据采集、信号处理和分析，以实现精确的信号检测、电压电流测量及分析，常见于新型材料阵列的验证、声学超表面研究以及高通道密度的芯片研究。

▶PXI声音振动采集模块DSA-声学阵列测试

PXI声音和振动模块专为音频测试和测量、噪声和振动诊断、机器状态监测、 汽车测试、噪声、振动和声振粗糙度（NVH） 分析以及实验室研究等应用而设计。该系列板卡最高提供16个模拟输入通道， 高通道密度，适用于多点测量和阵列应用。最高可达204.8kS/s的采样率，适用于高速动态信号采集。 

每个通道配备独立的24位模数转换器，确保卓越的信号保真度。极低的本底噪声和较高的动态范围， 能够捕捉宽动态范围的信号。支持多板卡同步，实现扩展系统的同步数据采集。提供软件可配置的交流/直流耦合、抗混叠滤波器和IEPE调节， 以确保使用麦克风、加速度计和其他具有大动态范围的传感器进行精确测量。

▶PXI数字模式板卡-半导体器件、芯片阵列NI提供高性能的用于高速数据传输，通信和数字接口测试的数字模式板卡。专为需要精确和高速数字信号生成与采集的应用而设计，广泛用于半导体测试、通信设备验证以及嵌入式系统开发等领域。 

板卡可提供多达32个数字通道，支持并行测试和多设备同步。通过组合多个模块，最多可创建包含512个通道的同步数字子系统。高达200Mb/s的数据传输速率和160MHz的时钟发生频率。软件方面，提供数字模式编辑器等多种开发调试工具以及LabVIEW和基于文本语言的API支持。PXI数字模式板卡的高通道数、高数据速率和丰富的测量功能也适用于多种阵列测试场景。

▶PXI源测量单元SMU-新型材料阵列研究PXI源测量单元SMU提供精确的电压或电流源以及测量功能，能够同时进行电源和测量操作， 提供高精度、 高分辨率和快速响应的测量能力。SMU模块能够在一个紧凑的PXI机箱中提供多个通道，单个SMU最高可提供24个通道，单个机箱最高可达408个通道，极大地提高了系统的通道密度，减少了系统占用空间和成本。

这对于大规模并行测试和多点测量应用尤其重要。SMU可提供高达6½位的分辨率，10fA的电流灵敏度，能够精确测量微小的电压和电流变化。NI高通道密度SMU产品以其高精度、高通道密度和灵活的配置能力，成为半导体测试、材料研究、传感器测试和电子器件特性分析等领域的理想选择。通过与NI软件工具的无缝集成，不仅简化了系统开发和控制，还提高了测试的效率和准确性。无论是大规模并行测试，还是精密的电气测量，NI高通道密度SMU产品都能提供卓越的性能和可靠性，非常适用于新型材料的阵列测试， 广泛应用于存算一体、 光电探测器等领域。

03  NI实时数据处理的平台

NI提供高度灵活和可配置的仪器平台FlexRIO以及高性能的PXI FPGA板卡， 适用于需要高速实时数据处理的复杂的测试测量场景，如实时图像处理， 复杂协议分析和生成，快速控制和反馈系统等，广泛应用于医学成像、工业检测、通信、汽车等应用领域。

▶FlexRIO平台

FlexRIO通过结合强大的Xilinx可重配置FPGA，支持高并行度，能够处理高速数据流，适用于需要高采样率和低延迟的数据采集和处理以及自定义硬件设计的应用。FPGA的并行处理能力使其能够实时处理复杂信号及复杂算法。

FlexRIO 产品支持两种架构。第一种架构结合了多种模块化 I/O， 支持模拟和数字以及射频信号的输入输出，这些模块附加在用于 FlexRIO 的 PXI FPGA 模块的前面，并通过并行数字接口进行通信，用户可以根据具体应用选择合适的I/O配置，满足不同应用场景的需求；第二种架构使用高速串行转换器， 并在单个设备中集成了I/O和XilinxUltraScale FPGA技术， 利用Xilinx最新的 FPGA 芯 片、 PCI Express等串流技术以及NI P2P 数据流高速传输技术，通过背板与其他模块进行高带宽数据通信。

与 PXI矢量信号收发仪等其他 PXI 设备配合使用，可提供实时运行复杂算法所需的额外FPGA资源。FlexRIO平台作为一个完全可重配置的仪器，结合了硬件， 软件和IP库，工程师可以快速开始构建定制设计。

▶可重配置FPGA IO模块除FlexRIO平台，NI提供一系列高性能PXI FPGA板卡，专为高速数据采集、 实时信号处理和灵活的I/O控制而设计。该系列板卡配备了Xilinx Kintex-7 FPGA，提供了强大的计算能力和灵活的并行处理能力。

FPGA的可编程性使得用户可以根据应用需求，定制复杂的信号处理和控制算法。通过与LabVIEW FPGA模块的无缝集成，这些板卡不仅简化了开发流程，还为工程师和科学家提供了强大的工具，以应对各种挑战性的应用需求。无论是高精度的数据采集，还是实时的信号处理，该系列板卡都能提供卓越的性能和灵活性。

04  NI超声信号数据采集板卡

NI多功能I/O板卡以其高性能、灵活配置和易用性，成为数据采集、信号生成和控制的理想选择。PXI多功能I/O板卡提供模拟I/O、数字I/O、计数器/定时器以及触发功能的组合，具有不同的通道数、采样率和输出速率，不同型号之间还具有精确的定时、触发和同步。PXI多功能I/O 板卡具有 NI-DAQmx 驱动程序和配置实用程序， 简化了系统开发和控制， 提高了测量的效率和准确性。该系列板卡被广泛应用于超声信号采集，无损探伤等科学研究及多种工业测试场景。

NI同时也提供用于更高速率数据采集的示波器板卡，具有极高的采样率， 可以达到数十亿次每秒（GS/s） ，能够捕捉到高速瞬态信号的细节。NI产品线提供从低速到高速数据采集，不同通道数量的丰富选择， 覆盖不同的测试需求及应用场景。

05  NI高精度小信号数据采集板卡

NI提供一系列高精度小信号数据采集板卡，分辨率最高可达28位，能够捕捉非常细微的信号变化， 最高可支持32路同步通道，允许同时采集多个传感器的数据， 适用于需要并行数据采集的应用。 

为了确保采集到的信号质量，不同板卡提供不同类型的隔离和滤波。采样率范围为5kS/s/ch 到20MS/s/ch，能够捕捉快速变化的信号。软件可通过 NI-DAQmx 驱动程序配置实用程序，简化配置和测量。NI高精度小信号数据采集板卡以其高性能、 灵活性和易用性受到广泛认可，是生物医疗， 如脑电信号测试， 生物传感以及芯片功耗分析等需要高精度测量应用场景中的理想选择。