AXIe 是AdvancedTCA Extensions for Instrument and Test 的英文字母縮寫，而AdvancedTCA 或 ATCA 則為Advanced Telecom Computing Architecture（先進電信運算架構）的縮寫。AXIe廣泛採用ATCA專為量測應用開發的技術。本文將著重討論 AXIe 1.0 相容型儀器模組。AXIe 1.0將不使用第 3 區（Zone 3）連接器。

《圖一 機箱背板上AXIe 儀器模組插槽的第 1 區（Zone 1）和第 2 區（Zone 2）連接器位置。照片中並未顯示Zone 2的 P22 連接器。Zone 1連接器可用於供電、平台管理與硬體位址連接等用途；而Zone 2連接器則可供資料傳輸、信號觸發與時脈使用。》

電源管理

AXIe之所以優於其他模組化機箱標準（如PXI），其最大的優勢之一是每插槽可提供大量的電源功率。若將 PXI 設計轉移至 AXIe 平台，這樣充足的電源可解決 PXI 模組的功率消耗問題。不論是哪一種標準，多數模組化機箱都可供應遠較其規格高出許多的電源。不過，為了深入比較，下表依據個別標準建議的每插槽散熱能力來推論其每插槽的基本功耗。

AXIe 模組由Zone 1連接器供電，而背板供應的主要直流標稱電壓為 -48 伏特。然而， AXIe標準嚴格要求所有模組須正常提供 -53 V至 -45 V的電壓範圍。電源是經由通道 A 和通道 B這兩個供電通道傳送。通道 A為強制連接，而通道 B 則為選擇性連接。這兩個通道可能源自相同或不同的電壓源。ATCA 規範中要求通道 A 和 B須為相異電壓源，但 AXIe 標準則是兩種皆可。不過，最常見的配置是將同時這兩通道連接至 AXIe 模組的電壓系統。Zone 1連接器有 38 支接腳，其中未連接的 18 支接腳屬於 ATCA 功能，AXIe則不使用。下表簡要說明必須連接的接腳：

《圖二 Zone 1電源管理與分佈連接。》

為了符合安全與電磁相容 (EMC) 標準的規範，機箱應配備合適的保險絲和電源過濾機制，以便接收連接器送來的 -48V 電壓軌。之後，可將電源管理功能納入嵌入式控制器，或是使用基板管理控制器 (BMC)，來執行有效的管理電源。除了電源管理外，BMC還有許多其他的用途。本文稍後將深入探討 BMC 的其他功能與更多細節。要將背板供應的兩個 -48V 電壓，轉換為 AXIe 模組的負載電壓點有很多種方法，最常用的是採用變壓器 (power brick)。請記住，變壓器必須能夠處理從 -53 V至 -45 V的輸入電壓範圍。若通道 A 和通道 B 是以相同電源供電，雖然電源好像是來自兩個不同電源，但本質上仍是單一電源，就如同僅連接通道 A，而未連接通道 B一樣。在此情況下，可使用中間匯流排轉換器 (IBC)，或與 IBC 稍有不同的雙路輸入匯流排轉換器 (DBC)。若通道 A 和 B 來自兩個獨立電源，則應採用 DBC。一般而言，DBC 具有雙輸入通道，IBC 為單路輸入，而兩者的輸出則完全一樣。視所使用的變壓器種類而定，其輸出可能是負載電壓點或中間電壓軌。以下為幾種不同電源樹狀結構的圖示，其輸出分別為 12V、5V、3.3V 和 1.0V：

《圖三 單一電源，兩個供電通道，使用雙輸入匯流排轉換器(DBC)或中間匯流排轉換器(IBC)》

《圖四 雙電源，兩個供電通道，使用 DBC 提供中間電壓軌輸出。採用其他交換器或 LDO 產生負載電壓點。》

實務上，大部份 AXIe 背板的 A、B 兩通道皆來自相同的電源，因為 AXIe 不像 ATCA 要求一定要使用兩個獨立電源。相較於 IBC，DBC 提供更大的設計靈活性，因為 DBC 可用於單電源或雙電源機箱。AXIe 結構支援模組熱插拔功能，但這點並未硬性要求。

基板管理控制器 (BMC)

BMC已普遍用於 ATCA 結構，我們建議您將其加入 AXIe模組設計中。BMC 是一種微處理器，可執行以下功能：

1.與系統模組上的機箱管理員進行通訊與協議

2.可透過感測器執行溫度監控

3.裝置狀態監控與報告

4.電壓監控與管理

BMC 可使用各種通訊協定，例如 I2C、IPMI 和 RS232。BMC 不僅只是電源管理控制器，同時也是系統模組可在機箱管理員和儀器模組之間溝通的通訊裝置。使用智慧型平台管理匯流排 (IPMB) 的Zone 1 連接器可將通訊連接線從 BMC 連接至系統模組，其中 IPMB 使用智慧型平台管理介面 (IPMI)。圖五為 AXIe 儀器模組內的 BMC 佈署範例。

《圖五 AXIe 儀器模組內的 BMC 佈署範例》

藉由插入一些旁路電路以便繞過 BMC，AXIe 模組無需與系統機箱管理員進行協商便可直接啟動。這是很好的除錯方式，特別是在第一次啟動時。

資料傳輸

模組可透過 Zone 2 連接器進行資料傳輸。所有連接線皆為差動對，在背板上以 100 歐姆的特性阻抗進行連接。基本通道介面使用 LAN 協定進行通訊，而結構介面 (fabric interface) 則採用 PCI Express 或專屬串列協定。安捷倫 AXIe 機箱在結構介面上以 PCIe Gen 1 (2.5Gbps) 以及 Gen 2 (5.0Gbps) 的速度執行模組，是目前市場上最快速的模組化機箱背板之一。圖六顯示 AXIe 背板結構。

《圖六 5 槽式AXIe 機箱的背板結構。》

以下為所有符合AXIe 1.0 規格的 Zone 2 接頭的一覽表：

•基本介面的 4 組信號對

•結構（fabric）介面的 16 組信號對（每通道 8 對，共兩通道）

•18、42 或 62 組區域匯流排信號對（區域匯流排信號對的計算方式略有不同，請參閱下方說明）

•AXIe 觸發匯流排的 12 組信號對

•時序介面的 4 組信號對（FCLK、CLK100、SYNC 和 STRIG）

為了充分發揮 AXIe 的功能，所有背板連接線都應連接至儀器模組。然而，並非每次都能夠（或必須）完全連接，可視情況減少連接項目。最快速的方法是使用 18 組區域匯流排信號對，而非 42 或 62 組，因為此方法不需使用 P21 與 P24 連接器。區域匯流排信號對讓相鄰的模組可互相通訊，如此可免於佔用系統插槽資源。設計工程師可依其實際需求來決定要接上多少連接線，以及使用何種通訊協定。請注意，區域匯流排的「信號對」，實際上是指 4 條個別的連接線。這是因為連至區域匯流排的每組差動對，都必定存在相對應的鏡像（mirror image）。因此，62 組區域匯流排信號對，是由 124 組個別差動對所組成。除了第一個和最後一個插槽各只有一個相鄰的插槽外，中間的所有插槽都分別有兩個相鄰的插槽。第一個和最後一個插槽並未在背板上互連，因此不會形成環形構造。圖六顯示其佈署範例。

《圖七 儀器模組Zone 2接頭的佈署範例。》

欲佈署類似圖七的儀器模組，應使用具備 72 組 I/O 對的 FPGA 或 ASIC 控制器。若設計工程師希望進一步減少連接項目，亦可省略某些 AXIe 觸發對、基本通道和一個結構介面通道。雖然這樣做可能會帶來一些限制，且無法提供完整的功能性，但此舉並未違背 AXIe 規範。

時脈

下表簡要說明時序介面信號：

FCLK、CLK100 和 SYNC 信號線皆由系統插槽驅動，並經由背板上的扇出緩衝器 (fan out buffer) 連到儀器模組。每個插槽都有其各自的信號線，可進行點對點連接。STRIG 亦為點對點連接，不過它無需使用扇出緩衝器。

結語

AXIe 是由已受到認可之 ATCA 結構所衍生出來的全新標準，具備 ATCA 的供電性能與模組化平台的多用途特色。AXIe 結構採開放式標準，讓設計工程師能夠輕易開發各式各樣的高效能儀器模組。此外，AXIe 平台可與現有的模組化平台（如 PXI）並行運作。