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LXI: Basis für hochkomplexe Schaltmatrizen

7. August 2013, 11:32 Uhr | Nicole Wörner

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Vorteile: Interne Kommunikation, Selbsttestfunktionen

Hochflexible Wideband-Modular-Matrix

Als Lösung entstand die Wideband-Modular-Schaltmatrix 65-110. Sie basiert auf einem Chassis mit einem analogen Bussystem und kann mit Plug-in-Karten bestückt werden. Die beiden linken Karten stellen die 16 Y-Verbindungen für die Digitizer bereit. Die restlichen X-Plug-in-Karten sorgen für die analogen Signaleingänge mit acht Kanälen je Karte. Die Zahl der X-Plug-in-Karten kann zwischen einer (8 X-Kanäle) und 13 (104 X-Kanäle) variieren, so dass der Anwender im Rahmen eine Matrix beliebiger Größe von x8 bis x104 konfigurieren kann. Wird die zweite Y-Karte nicht installiert, lassen sich auch Y8-Systeme realisieren. Der Anwender kann das Design komplett selber konfigurieren und die Plug-in-Module beliebig stecken und entfernen. Die Firmware des LXI-Controllers erkennt die tatsächliche Konfiguration und passt die verfügbare Matrixgröße an die installierten Module an. Das webbasierte Soft Front Panel erlaubt die Steuerung der Matrix ohne spezielle Treiber. Die modulare Matrix ist in ihrer Größe der Anwendung anpassbar. Die Plug-in-Karten und das analoge Bussystem des 65-110 stellen eine hohe HF-Leistung und ein gutes Übersprechverhalten sicher. Die Bandbreite einer typischen Konfiguration liegt bei mehr als 300 MHz, hauptsächlich getrieben von der Forderung nach niedrigem Übersprechen.

LXI-Vorteil: Interne Kommunikation

Die Module kommunizieren intern über eine PCIe-Schnittstelle mit dem LXI-Controller. Dieser virtualisiert die Anordnung zu einer einzigen Matrix, was die Matrixprogrammierung deutlich erleichtert. Der LXI-Controller verbirgt die Komplexität des Schaltsystems vor dem Anwender: Die Matrix erscheint wie eine einzige Einheit und nicht wie ein Satz separater Module. Bei diesem Design befindet sich der analoge Bus unter den Plug-in-Modulen, statt an der Rückseite des Einschubs, wie es häufig bei modularen Systemen der Fall ist. »Bei einer Schaltmatrix macht es Sinn, die X- und Y-Signale in einem rechten Winkel zueinander anzuordnen, um das Übersprechen und die Isolierung zu optimieren«, verdeutlicht Owen. »Hier zeigt sich eine der Stärken von LXI: Es gibt keine speziellen Einschränkungen bezüglich der mechanischen Größe der Module oder der Anordnung eines analogen Busses.«

Integrierte Selbsttests

Die 65-110 beinhaltet Selbsttests, bei denen alle Signalpfade - geschlossen, geöffnet oder hoher Widerstand - überprüft werden. Das Konzept des Selbsttests nutzt niederpegelige Signale, so dass die angeschlossenen Geräte für den Test nicht entfernt werden müssen. Der Selbsttest lässt sich über das LXI-kompatible Web-Interface starten, ohne dass ein externes Steuerprogramm nötig ist. Dabei kann der Anwender mehrere Kilometer von der Schaltmatrix entfernt sein, er muss den Test lediglich starten. Der eingebettete LXI-Controller führt den Selbsttest durch und stellt die Ergebnisse über das Web-Interface oder entsprechende Reportdateien bereit.

Für CERN war die Lösung überzeugend - man wird im Rahmen des OASIS alle LXI-Eigenschaften des 65-110 während der nächsten Versuchsphase nutzen, bei denen noch höhere Energie-Level im Beschleunigerring gefahren werden. Dank des hochflexiblen Konzepts ist die neue Schaltmatrix jedoch auch für viele andere Anwendungen interessant. (nw) n