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    北京訊

   前言 

   PXI/PXIe系統是追求穩定度與嚴苛環境的量測與自動化測試系統的最佳平臺。系統散熱的設計，對于系統的穩定度扮演重要的角色，包含風流與流場的規劃，該如何避免氣流通道吸入不必要的熱源？如何將散熱孔在安規的限制下取得極大化的平衡；如何配置風扇，以取得風扇最佳性能？以及如何規劃電源供應模塊的空間配置，以提供獨立的流場？以上種種，都會是影響PXI/PXIe系統散熱的要素。本文將帶您一窺系統散熱設計的秘訣，以挑選最適合的PXI/PXIe系統。

   PXI/PXIe系統設計的限制 

   PXI/PXIe機箱的設計首要考慮PXI/PXIe模塊配置的方向。模塊插卡的方向會直接影響風流的走向。一般市場上最常見的是以4U高的PXI/PXIe機箱，搭載3U PXI/PXIe模塊卡片，卡片大多是直立式插放配置于4U PXI/PXIe機箱中。在如此有限的空間下，散熱的設計，以保持系統的穩定度，是系統設計者的一大挑戰。

   風扇配置的考慮

   一般說來，PXI/PXIe機箱風扇配置的位置有兩種，分別為“下方式”或“后方式”。傳統風扇大多配置于機箱的下方，然而配置于機箱的下方，容易造成風流分布的不均勻，影響系統整體的散熱質量。例如兩組風扇中間的插槽的溫度，就可能因為風流不平均的緣故，溫度因而高于其他插槽（見圖一）。如此一來將不利于系統的規劃與配置。因而將風扇配置于后機箱后方的新型設計應運而生，風扇配置于機箱后方的設計，可帶來平均的風流，改善溫度不均勻的問題。（見圖二）
  
                         

                   圖一：將風扇配置于機箱下方，兩風扇間的風流因為受到阻隔，無法提供平均的風流。
  
                    

                    圖二：將風扇配置于機箱后方，可增加風速，并提供平均的風流。

   然而，將風扇配置于機箱后方，仍然有不同的作法考慮。其一為風流“由后往前吸入式”，因為風扇可直接吸入空氣的緣故，風速可較高，但風流的控制較為不易，再加上根據PXI規范所定義，風流必須由下而上通過PXI模塊，如此一來，散熱的規劃勢必得透過機箱上方的開孔才得以實現，這對于嚴苛環境要求較高的環境，是比較不利的設計（見圖三）。相反的，假設風流為“由前往后吸入式”，雖然風扇距離吸入的空氣距離較遠，風速較低，但風流的表現可以比較穩定且易于控制。
  
                  
                     圖三：風流“由后往前吸入式”，散熱出孔必須通過系統上方。

   流道的規劃

   此外，風扇的配置也需考慮流道的設計，如何避開客戶使用時可能遭遇到的熱源，將冷空氣順利的導出，是設計機箱時極為重要的考慮點。以PXI/PXIe機箱的使用環境來說，大多的客戶會使用混合式的測試系統，將PXI/PXIe系統安裝于機柜中。如此一來，熱源的考慮將不單只是該PXI/PXIe系統本身，而包含完整的混合式測試系統。就以剛剛提到的第一種，由后往前吸入式的風扇配置的機箱，會將空氣吸入機箱本體，再導向機箱前方排出，然而因為機柜后方帶入的空氣，易混雜其他混和系統所產生的熱空氣，也會把PXI/PXIe機箱背板所產生的熱，一并帶入置于前方的PXI/PXIe模塊中，反而不利整體系統的散熱。而第二款新型PXI/PXIe機箱的設計，則改采用后方風扇由前往后吸入式的設計，將前方“干凈”的冷空氣，通過PXI模塊，引導至機箱后方排出，以避免上述的情況發生。（見圖四）
  
                  
          圖四：由前往后吸入式的機箱設計，可提供較干凈的流道，避免帶入不必要的熱源。

   優化開孔的設計

   為了引導風流散熱優化，機箱開孔的規劃與設計也有其重要性。如何在安規限制與機構的極限下，取得平衡，也考驗設計機箱的功力。新型PXI機箱不僅在前后對應的位置開孔加強散熱外，包含兩側、前面板，均做了極大化的開孔設計。首先受到PXI規范的限制，風流必須是由下往上散熱，所以能夠開孔的位置僅能在機箱的下方，就高度而言，考慮到PXI模塊的高度限制，開孔的上緣不得超過PXI模塊的下緣位置，在如此有限的空間下，新款PXI/PXIe機箱在不僅僅在前方下緣做了很多微小的開孔進風，在機箱的兩側下緣，也利用可能的空間，極大化了開孔設計。（見圖五）
  
                
                             圖五：機箱前下方與兩側下緣，均提供進風點。

   風扇性能與背壓的平衡

   受到機箱先天空間環境的限制下，必須找出風扇背壓與風扇流量的優化配置。最理想的狀況是擁有平滑的曲線距離以及較長的距離，讓風扇的表現可以達到PQ曲線優化。然而受到PXI/PXIe機箱空間限制的緣故，必須在不斷的計算與調整中，取得機箱背板的最佳斜率，以表現風扇最佳性能。
  
                       

   電源模塊配置的考慮
 
   電源模塊的選擇與配置也是一門學問。在過去的系統設計中，很容易就忽略掉電源供應模塊本身產生的熱源，也會影響PXI/PXIe機箱的性能。在傳統設計中，沒有將電源供應模塊與機箱本身的熱流隔開，電源供應模塊強制排氣的功能，會造成機箱的流場混亂。因而新款機箱必須能阻隔電源供應模塊以及風扇本身的熱流，甚至為電源供應模塊設計獨立的開孔，以提供獨立的風流。這些都是為了改善此現象所做的設計。（見圖六）
  
              
     圖六：梯形部位顯示該電源供應模塊擁有獨立的流場，同時左右也提供獨立的開孔散熱。     

   智能型監控與自動調節

   為了確保系統運作時的穩定性，智能型監控系統的設計，可以提供保護與系統調節的功能。PXI/PXIe機箱可透過傳感器的配置，例如在背板上方配置五組的傳感器，以監控機箱內溫度的變化，透過程序的設定，在溫度高時，加快風扇的轉速，可有效確保系統運作的穩定性，并達到節能的效果。

   PXI/PXIe移動運算方案

   為滿足PXI/PXIe量測系統移動運算的需求，可安裝便攜型的屏幕鍵盤套件，對客戶來說，是很方便的設計。客戶可使用外接式的屏幕鍵盤套件，將機柜型PXI/PXIe系統，轉化成便攜型PXI/PXIe系統。這時如果PXI/PXIe機箱的散熱配置不當，一旦加上屏幕鍵盤套件，可能會影響原有的散熱。正如先前提到，一旦新款風扇采用“由前往后吸入”的設計，在搭配便攜型套件時，將不會阻絕原有的散熱設計。并且，鍵盤底部可附上11mm墊片，使得電源供應模塊的獨立的散熱設計可持續作用，大幅提升PXI/PXIe系統的便利性，而無需擔憂系統的穩定。（見圖七）
  
                
                            圖七：便攜型屏幕鍵盤套件增加行動運算的便利性

   總結

   PXI/PXIe機箱的設計并非單一考慮機箱本身的設計，必須和其他量測系統所使用環境一并搭配考慮，包含風扇的配置、風流的規劃、電源的選購，模塊優化性能的提升等。凌華科技為PXI系統聯盟的協會董事會及最高等級會員，也是亞洲唯一的PXI產品的專業制造商。多年來相繼開發超過100個以上PXI產品，以滿足各類高端PXI及PXI Express測試平臺需求。其中最新上市的PXES-2590，為業界首款全混合式插槽的PXIe機箱，針對高性能高帶寬的PXI/PXIe模塊所設計。PXIS-2719A為19 槽3U智能型PXI 機箱，特別適合需要高容量PXI的量測與測試相關應用。它們均采用最新PXI/PXIe機箱設計，為高穩定高性能的系統首選。

   關于凌華

   凌華科技致力于量測、自動化及計算機通訊科技之改進及創新，提供解決方案給全球網絡電信、智能交通及電子制造客戶。憑著對專業技術的執著與實踐客戶承諾的自我要求，領先業界推出多項創新性產品，獲ISO-9001、ISO-14001、ISO-13485、臺灣精品、TL9000等多項認證。凌華科技為Intel® Intelligent Systems Alliance 會員，PICMG協會可參與制定規格的會員，PXI Systems Alliance協會董事會及最高等級會員，與AXIe Consortium會員。目前在美國、新加坡、中國、日本、德國設有子公司，在印度、韓國、法國、以色列設有辦事處，為當地客戶提供快捷服務和實時支持。