Der Schritt zur Modularität

Nur wenig mehr als ein Jahr nach der Durchführung einer externen Studie wurden im September 2010 von Agilent Technologies 48 modulare Produkte eingeführt. Ein Schritt, der nicht nur manchen Mitbewerber überraschte, sondern auch für Interesse und Gesprächsstoff in der Branche sorgte. Wieso bietet Agilent eine breite Palette an modularen Messgeräten an, die gleich zwei sich ergänzende Standards erfüllt – PXI und AXIe?
Bei der Auswertung der unabhängigen Studie über Anforderungen auf Kundenseite zeigte sich, dass dort vor allem die Messkosten, der Platzbedarf und das Thema Modularität für Bauchschmerzen sorgen. Um diese Knackpunkte gezielt angehen zu können, war eine Strategie nötig. Gleichzeitig war klar, dass Agilent den Markt weiter mit leistungsfähigen Messgeräten in konventionellen Formaten versorgen würde.

Nachdem Agilent bereits zuvor modulare Standards wie LXI, VXI und PXI unterstützt hatte, wurde nun eine eigene Division für den modularen Markt eingerichtet. Drei zentrale Entscheidungen fielen: Erstens sollte die Strategie für modulare Produkte langfristig und nachhaltig sein. Zweitens war klar, dass mehr Geld in die Entwicklung von Produkten für den PXI-Formfaktor fließen musste. Drittens war ein neuer Standard für höhere Messanforderungen erforderlich, die das PXI-Segment nicht würde bedienen können.
Das Rückgrat der Ausweitung des Messtechnik-Portfolios auf PXI- und AXIe-Produkte bilden die bereits bewährte Agilent-Infrastruktur, die Architektur, die Kundenbasis und der technische Service. Einen Strategiewechsel bedingt das nicht – die Erweiterung um modulare Produkte ist vielmehr eine Ergänzung der existierenden Test- and Measurement-Produkte sowie deren Formfaktoren und Software-Strategien. Mit dem erweiterten Angebot haben die Kunden schlicht mehr Auswahlmöglichkeiten.

Modulare (R)Evolution

Zudem gibt es viele Synergien zwischen modularen Instrumenten und Einzelgeräten in herkömmlichen Gehäusen. So lassen sich aufstrebende Technologien schneller mit modularen Messlösungen unterstützen als dies bei Einzelinstrumenten möglich ist. Umgekehrt profitieren Ingenieure, die Einzelgeräte benutzen, von der Erfahrung mit modularen Instrumenten, weil deren Eignung für neue Technologien die Entwicklung stabilerer und optimierter Lösungen für wichtige Messanwendungen unterstützt. Hinzu kommt, dass sich die Messtechnik weiter entwickelt, während das Tischgerät optimiert wird und schließlich den Nutzern des modularen Instruments zur Verfügung steht. Diese Synergie kommt Messtechnikern während des gesamten Technologielebenszyklus und der Verbreitung im Markt zugute.
Gleichzeitig werden Einzelgeräte auch in Zukunft aussagekräftigere Messungen erlauben, weil der Hersteller hier alle Randbedingungen der Messtechnik kontrolliert. Bei einer modularen Umgebung beispielsweise hat der Messingenieur keine garantiert präzise Kontrolle über Einflussgrößen wie Kühlung oder Rauschen und muss daher in der Regel gewisse Kompromisse bei der Messgenauigkeit machen. Zudem haben Einzelgeräte eine integrierte Benutzerschnittstelle mit fest belegten Knöpfen, Tastern usw. Für wiederkehrende Messaufgaben ist das Einzelgerät daher einfacher zu bedienen. Beide Nutzerprofile – modular und Einzelgerät – haben ihre Berechtigung.

Agilents Beitrag zum PXI-Markt

Die 45 in den Markt eingeführten Produkte bestehen aus einem PXIe-Gehäuse mit 18 Einschubplätzen sowie 44 PXI-Karten (Bild 1).

Bild 1: Modulare PXI- und AXIe-Produkte aus dem Agilent-Portfolio.Agilent

Das Agilent PXIe-Gehäuse ist eine zukunftssichere Basis. Zu seinen auffälligen Merkmalen gehören 16 Hybrideinschubplätze, mit denen sich PXI-, PXIe- und PXIe-Hybridkarten in einem Gehäuse kombinieren lassen. Als erster Messgerätehersteller bietet Agilent ein PXI-Chassis an, bei dem alle Peripherieeinschubplätze (mit Ausnahme von System und Timing) Hybrid-Steckplätze (sowohl für PXI- als auch für PXIe-Karten verwendbar) sind – Einschübe, die der Anwender entsprechend flexibel nutzen kann. Darüber hinaus beinhaltet das Agilent PXI-Chassis eine rekonfigurierbare Backplane, um High-Speed-Datentransfers von beliebigen Steckplätzen zum System-Modul, zum System-Controller und/oder anderen Steckplätzen zu gewährleisten. High-Speed-Datenkommunikation ist damit nicht an eine bestimmte Steckplatzkonfiguration gebunden bzw. limitiert.
Das Gehäuse M9018A bietet damit ein Höchstmaß an Flexibilität, Kompatibilität und Leistung (Bild 2).

Bild 2: Das PXI-Gehäuse M9018A mit dem Vektorsignalanalysator (VSA). Von den 18 freien Steckplätzen sind 16 als Hybrid-Slots ausgeführt, also für PXI- und PXIe-Karten geeignet.Agilent

Der Messingenieur kann die Kombination, Anzahl und Platzierung PXIe- und PXI-1-kompatibler Module für alle 16 Einschubplätze frei bestimmen. Das Gehäuse verfügt über eine leistungsfähige PCIe Switch Fabric, die bis zur Geschwindigkeit von Gen 2 arbeitet und sich für ein optimales Leistungsverhalten in Kombination mit nahezu jedem PXIe-Controller konfigurieren lässt. Die Switch Fabric lässt sich außerdem für Peer-to-Peer-Kommunikation einstellen, sodass praktisch jeder Peripherie-Steckplatz mit jedem anderen Peripherie-Steckplatz kommunizieren kann, ohne dafür die PCIe-Anschlüsse des Systemeinschubplatzes zu benutzen.
Im Unterschied zu anderen PXI-Gehäusen verfügt das M9018A über ein neuartiges Kühlsystem, das in den meisten Fällen die Integration in vier Höheneinheiten (4U) erlaubt. In Verbindung mit einem modernen 1U-PC lässt sich so ein leistungsstarkes System mit nur 5U Höhe realisieren. Bei Bedarf dienen optionale Lufteinlassmodule dazu, einen zusätzlichen Kühlluftstrom von der Vorderseite des Gehäuses zuzuführen.
Mit dem PXI-Gehäuse als Grundlage wurden robuste zuverlässige PXI-Karten entwickelt, mit denen sich die Messstrukturen aufbauen lassen – darunter Messungen, die bisher nicht möglich waren. Ein Beispiel liefert der Vektorsignalanalysator (VSA) für Mikrowellen. Dieses Modul deckt ein Frequenzspektrum von 50 MHz bis zu 26,5 GHz ab, bei jeweils 250 MHz verfügbarer Bandbreite. In Kombination mit der Agilent VSA Software 89600A können Mess-entwickler eine umfassende Mikrowellen-VSA-Lösung realisieren, die Messungen in der Kommunikation, Radartechnik und Flugleittechnik mit einem modularen, offenen Systemstandard unterstützt. Dabei belegt das komplette VSA-System lediglich sieben Einschübe in einem PXI-Gehäuse.

Motivation für Investitionen in den AXIe-Standard

AXIe ist ein Standard auf der Grundlage des AdvancedTCA (ATCA) der PICMG, ergänzt um Erweiterungen für Instrumentierung und Test. Da AXIe vorhandene Standards nutzt, lässt es sich problemlos mit Standards wie PXI, LXI und IVI kombinieren. AXIe bietet mehr Skalierbarkeit und Leistung für eine ganze Reihe von Plattformen aus den Bereichen Einzelgeräte, Rack-and-Stack Modular sowie für automatisierte Messungen (ATE). Mit LAN und PCIe auf der Backplane lassen sich AXIe-basierte Instrumente dank PCIe-Interface einfach in existierende Testumgebungen mit Einzelgeräten integrieren, die GPIB oder PXI(e) nutzen, beziehungsweise in LXI-Umgebungen mittels LAN. Auch bereits vorhandene Gerätetreiber für PXI, LXI und IVI können mit dem AXIe-Standard weiter verwendet werden.
Umgangssprachlich gilt AXIe als der große Bruder von PXI, weil die größeren Module über dieselbe PCIe Backplane verfügen und gleichzeitig wesentlich mehr Leistungsaufnahme und nutzbare Fläche bieten als VME, VXI und PXI. Ein AXIe-Gehäuse mit fünf Einschubplätzen hat dieselben Abmessungen wie ein PXI-Gehäuse mit 18 Einschubplätzen. Allerdings ist jeder Einschub hier für bis zu 200 W ausgelegt, während PXI nur mit bis zu 30 W je Einschub arbeitet. Die Gesamtleistung liegt also bei bis zu 1000 W und ist damit fast doppelt so hoch wie bei einem PXI-Gehäuse mit 18 belegten Plätzen (510 W).

Bild 3: AXIe-Gehäuse M9502A mit Platz für zwei quer liegende Einschübe.Agilent

Die größeren Karten sind ideal für die Hochleistungsinstrumentierung, benötigen dafür aber nur ein Minimum an Bauraum. Anders als gelegentlich behauptet, steht AXIe also nicht im Wettbewerb zu PXI, sondern bildet eine kompatible Ergänzung. Beide Standards verwenden das PCIe Fabric, sodass die Backplane von PXI und AXIe für einen PC identisch ist. Mit der Kombination aus Einzelgeräten und modularen Systemen auf der Basis von gleich zwei offenen Standards (PXI und AXIe) bietet Agilent ein Vollsortiment leistungsfähiger Lösungen für nahezu jede Messaufgabe – auch für neue Herausforderungen. Und es wird weiter gehen. 

(jj)