自動(dòng)化測試新時(shí)代

　　在30多年的時(shí)間里，科技界已經(jīng)在各種實(shí)踐中見(jiàn)證了摩爾定律。

　　晶體管密度每18個(gè)月就增長(cháng)一倍，很大程度上地提高了電子設備的性能。這不僅僅在最近的Intel i7處理器上可以體現，在很多不斷“減小”的技術(shù)上也可以看到，比如64GB 的固態(tài)硬盤(pán)現在已經(jīng)可以做到一張郵票的大小。這些技術(shù)上的進(jìn)步帶來(lái)了成本的大幅降低。比如以前價(jià)值上百美元的LCD顯示屏現在已經(jīng)可以整合到廉價(jià)的賀卡中。因為有了更快、更小、更低廉的設備之后，整個(gè)工業(yè)界也見(jiàn)證了一代新興產(chǎn)品的爆發(fā)。這些產(chǎn)品往往集成了很多工具，比如GPS定位系統、數碼相機、手機等。另外，這些工具往往都具有軟件定義功能，用戶(hù)可以下載應用軟件使他們的設備更適應他們的個(gè)性化需求。

　　技術(shù)創(chuàng )新不斷涌現的同時(shí),對每項突破性技術(shù)進(jìn)行檢驗也愈加成為一種挑戰。比如說(shuō)，將無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)加入下一代產(chǎn)品就比原來(lái)的產(chǎn)品增加了50項新的相關(guān)測試。幸運的是，摩爾定律對于下一代的測試平臺和模塊化測試儀器一樣適用。伴隨著(zhù)軟件定義的解決方案的發(fā)展，這些測試系統性能的提高完全可以跟得上待測設備的發(fā)展步伐。

　　從機架式測試系統到PXI(面向儀器系統的PCI擴展)

　　幾十年來(lái)，通過(guò)使用與工程實(shí)驗中同樣的傳統臺式儀器，在機架上一層層地搭建，工程師們已經(jīng)設計了一些自動(dòng)測試系統。機架系統通過(guò)一個(gè)儀器控制接口連接到電腦上，電腦上的程序保證系統的自動(dòng)運行。盡管這些機架式系統能夠完成一定的功能，但它們并沒(méi)有按照儀器的設計者所構想的那樣被使用。

　　傳統的臺式儀器是為了實(shí)驗臺而設計的，當工程師或技術(shù)人員想要手動(dòng)測試或者檢測一個(gè)儀器的故障時(shí)會(huì )使用。在機架式系統中，儀器的屏幕、旋鈕以及按鈕常常會(huì )變?yōu)橐环N對空間和資金的浪費。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，這些儀器并沒(méi)有像那些自動(dòng)儀器一樣為了測量速度或者數據吞吐量而特別設計。在一個(gè)設計實(shí)驗平臺上，十秒鐘的測量時(shí)間是可以忽略不計的，但當該測量方法被用于一個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)上的上千臺設備的測量時(shí)，這可能就意味著(zhù)巨額的經(jīng)濟損失。

　　相比傳統機架式的臺式儀器，使用PXI， 您可以得到一個(gè)外形更小巧、性?xún)r(jià)比更高、更適合您需求的解決方案。 – Jessy Cavazos, Frost & Sullivan

        圖1. 不同于傳統的機架式儀器，工程師可以通過(guò)升級控制器，在PXI系統整個(gè)生命周期內不斷   提高其性能。

       在過(guò)去的幾年里，工業(yè)自動(dòng)化測試已經(jīng)達到了一個(gè)轉折點(diǎn)，現在正在向PXI快速的轉變。專(zhuān)門(mén)為自動(dòng)化測試進(jìn)行優(yōu)化的PXI提供了一種比機架式儀器更快、更小、更高性?xún)r(jià)比的解決方案。Harris RF Communications公司，一家軍用多頻帶戰術(shù)無(wú)線(xiàn)電設備供應商，最近收到很多訂單，預訂其Falcon系列高性能無(wú)線(xiàn)電設備。這家公司就需要一種更先進(jìn)的測試方法，從而可以同時(shí)測試更多的無(wú)線(xiàn)電設備。Harris選擇了NI TestStand軟件和PXI硬件作為它下一代測試系統的軟硬件開(kāi)發(fā)平臺。使用NI平臺，Harris不但可以增加被測無(wú)線(xiàn)電設備的數目，而且將每一臺無(wú)線(xiàn)電設備的測試成本減少了74%。

　　NI最近的全球測試經(jīng)理調查證實(shí)了這種轉折趨勢。在調查中，70%以上的測試經(jīng)理表明他們將使用PXI作為他們下一代自動(dòng)測試系統中至少一種的核心技術(shù)。與之形成鮮明的對比的是，只有30%的測試經(jīng)理選擇繼續在他們的自動(dòng)測試系統里使用機架式測試儀器。

　　“使用新的基于NI PXI的技術(shù)平臺，我們在保證測量和性能完整性的同時(shí)，將成本縮減到原來(lái)的1/3，半導體測試的吞吐量提高至原來(lái)的10倍。”– Ray Morgan, ON Semiconductor

　　傳統臺式儀器的供應商們同樣也在PXI上做了很大的投資。比如說(shuō)，在2010年9月，Agilent Technologies公司宣布了它對PXI平臺的支持，并推出了40多臺PXI模塊。Agilent與60多個(gè)供應商加入了PXI 系統聯(lián)盟。這個(gè)聯(lián)盟作為一個(gè)推動(dòng)和維護PXI標準的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，保證了投資處于公開(kāi)、多供應商(公平競爭)的環(huán)境下。

圖2. 新NI PXIe5665提供了業(yè)內領(lǐng)先的RF性能，并且與同樣的機架式解決方案相比，成本縮減四成，體積減小了九成

　    摩爾定律將PXI帶向未來(lái)

　　利用市場(chǎng)中的現成的技術(shù)，PXI從摩爾定律中獲得了巨大的好處。使用那些只有20年前1/2000大小的晶體管，NI在一個(gè)體積只有原來(lái)臺式儀器1/10的3UPXI模塊中創(chuàng )造了高性能的射頻儀器。有效地縮減了機架儀器占用的空間，減少了儀器重量和耗電量。Analog Devices公司一直使用傳統的自動(dòng)測試儀器(Automated test equipment, ATE)來(lái)檢測它的微機電系統(MEMS)麥克風(fēng)，當它轉向PXI測試系統以后，公司可以將他們測試系統的重量減小66倍、 耗電量減小到原來(lái)的1/16。以前裝載一個(gè)ATE系統的集裝箱裝載成本就相當于現在整個(gè)PXI測試系統的開(kāi)發(fā)成本。

　　摩爾定律的效果同樣顯著(zhù)地表現在PXI的處理能力方面。使用模塊化控制器架構，工程師不需要更換機箱以及機箱中的儀器，只需要簡(jiǎn)單地更換一下控制器，就可以增加額外的處理能力了。為了提高性能，他們可以輕松地為一個(gè)2001年搭建的工作頻率為2.5 G FLOPS的舊系統更換一個(gè)使用最新Intel酷睿i7處理芯片的控制器，這樣新系統就可以以35G FLOPS的頻率運行。先進(jìn)的處理能力對于計算密集型的應用(例如射頻信號的處理和分析)是至關(guān)重要的。例如，TriQuint半導體公司將傳統臺式儀器替換為基于PXI的自動(dòng)測試系統后，實(shí)現了在GSM，EDGE和WCDMA功放特性測試中耗時(shí)6%至14%的減少。使用NI PXI模塊化儀器，該公司對新產(chǎn)品特性的測試時(shí)間從原來(lái)的兩周縮減到了一天。

　　PXI不僅僅提供了一種更小和更快的解決方法，還持續推動(dòng)著(zhù)各種平臺測試性能的提高。新的NI PXIe-5665矢量信號分析儀(Vector signal analyzer, VSA)提供了最好的RF測試性能，包括業(yè)內領(lǐng)先的相位噪聲、幅度精度以及動(dòng)態(tài)范圍。新的VSA相比之前的臺式儀器，在成本減少四成、體積縮小九成的情況下，仍達到了最優(yōu)的性能。另一個(gè)有關(guān)領(lǐng)先測量技術(shù)的例子是新的NI PXIe-5186數字化儀。該數字化儀由NI公司和Tektronix(世界上最優(yōu)秀的示波器生產(chǎn)商)聯(lián)合開(kāi)發(fā)，是現在市面上最高性能的PXI數字化儀，擁有5GHz的帶寬和高達12.5GS/s的采樣率。

　　軟件的發(fā)展

　　當PXI為我們提供了一種更快、更小以及更高性?xún)r(jià)比的選擇的同時(shí)，它的實(shí)際意義在于提供了一種真正的軟件定義的解決方案。與傳統的有著(zhù)特定或者供應商設定功能的臺式儀器不同，PXI測試系統是被其軟件定義的。就像工程師可以下載應用軟件去個(gè)性化他們的智能手機一樣，他們現在也可以根據他們特定的待測設備來(lái)個(gè)性化他們的測試系統。

　　PXI系統軟件不斷隨著(zhù)被測設備復雜度的提高在升級。當工程師測試一個(gè)位于芯片上的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)系統時(shí)，他們不再需要通過(guò)輸入激勵、等待輸出來(lái)檢測和確認元器件的有效性。事實(shí)上，測試系統常常需要在實(shí)時(shí)數字協(xié)議(例如I2C, PCIExpress和SPI等)通訊的基礎上去調試設備，最后再反過(guò)來(lái)同步RF測量。這種復雜程度要求軟件能夠實(shí)現更高層次的抽象化，從而建模、控制以及測試這些系統。

　圖3. 在測試集成有無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的芯片這樣的復雜系統時(shí)，需要新的測試抽象軟件及新的測試能力

        幸運的是，像NI LabVIEW圖形化系統開(kāi)發(fā)軟件這樣的工具就可以滿(mǎn)足這種要求。和已經(jīng)使用了25年的臺式儀器界面相似的圖形化編程環(huán)境讓測試工程師有能力為復雜的激勵響應系統建模，包括復雜的定時(shí)和同步。另外，工程師還可以直接將相同的代碼下載到PXI上用戶(hù)可訪(fǎng)問(wèn)的FPGA中，進(jìn)行嵌入式的信號處理、個(gè)性化協(xié)議通訊，等等。

　　“NI PXI平臺可以在保證很大靈活性和實(shí)時(shí)性的同時(shí)大幅縮減我們的開(kāi)發(fā)時(shí)間。使用LabVIEW可以保證在同一個(gè)環(huán)境中開(kāi)發(fā)使用實(shí)時(shí)控制器和FPGA模塊，幫助我們達到快速整合的效果，最終還能得到一個(gè)獨立可靠的產(chǎn)品。”   　– Miguel Núñez, Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC)

　　正如摩爾定律所闡述的，新研發(fā)的裝置比以往任何時(shí)候都要更快、更小、更低價(jià)。為了跟上待測設備的發(fā)展，測試工程師們必須轉向基于PXI的測試系統。