準確 高速 標準 廣泛——電子測試測量技術(shù)發(fā)展趨勢

測試測量，作為一個(gè)看似不慍不火的基礎性行業(yè)，遠沒(méi)有很多科技行業(yè)那樣叱詫風(fēng)云，不過(guò)作為幾乎滲透到每個(gè)角落的龐大產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，測試測量產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在很大程度上影響著(zhù)整個(gè)人類(lèi)科技發(fā)展的步伐?？v然阿基米德用杠桿翹動(dòng)了地球，他依然無(wú)法告訴別人地球的重量?？萍几淖兩?，借助先進(jìn)的儀器，現代人已經(jīng)可以輕松地測量出地球所有的基本參數。特別是伴隨著(zhù)信息技術(shù)、精密工程的發(fā)展，測試測量成為這些改變我們生活的新工藝、新材料、新產(chǎn)品的質(zhì)量保證，離開(kāi)測試測量的保障，我們面對的將是一個(gè)危機四伏的高科技世界。

隨著(zhù)被測試系統、產(chǎn)品的發(fā)展水平日趨提高--速度越來(lái)越快、體積越來(lái)越小、應用覆蓋范圍越來(lái)越廣，人們對測試測量技術(shù)及精密儀器的要求也越來(lái)越高，促使測試測量技術(shù)和測量?jì)x器不斷出現新產(chǎn)品、新技術(shù)和新方法。高精度、高速度、高靈敏度和分辨率的需求成為推動(dòng)測試測量技術(shù)發(fā)展的根本動(dòng)力。

無(wú)線(xiàn)測量的挑戰

通信縮短了世界的距離，數字無(wú)線(xiàn)信號逐漸占據了人們的生活。如何洞悉這些高速信號的一切細節，成為擺在所有測試測量?jì)x器廠(chǎng)商面前的難題。即將在全球大規模布網(wǎng)的3G和WLAN是無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域最具價(jià)值的技術(shù)，由此引發(fā)的龐大測試規模和嚴格的測試要求對于測試儀器廠(chǎng)商既是機遇也是挑戰。
WiMax技術(shù)的商用面臨著(zhù)諸多挑戰，穩定性和可靠性是最為重要的要求，同時(shí)還必須要適應無(wú)線(xiàn)信號速度快、頻率高的特點(diǎn)。3G采用的CDMA技術(shù)的系統和信號的高復雜性以及各種新應用所需的高質(zhì)量和高帶寬，要求測試必須確保高精度和適應高速數據流，必須要提高儀器的智能程度以從原始數據中求出CDMA的各種有用參數，同時(shí)測試儀器的軟件要便于升級以支持標準的升級。如果采用傳統的測試儀器和方法，綜合測試儀的可擴充仿真器件價(jià)格過(guò)于昂貴，無(wú)線(xiàn)基站的維護也是個(gè)不小的問(wèn)題。

3G系統測試更偏重于數據業(yè)務(wù)性能測試，網(wǎng)絡(luò )性能、多業(yè)務(wù)并行和網(wǎng)絡(luò )間互聯(lián)互通是測試重點(diǎn)，如何突破傳統語(yǔ)音為主的方式是測試的難點(diǎn)。比如，語(yǔ)音信號一般只有20個(gè)KPI參數，而3G的數據服務(wù)將達到200個(gè)KPI參數。對于針對數據為主的無(wú)線(xiàn)技術(shù)的測試，必須確保無(wú)線(xiàn)鏈路的傳輸特性及其穩定程度，同時(shí)還需要應對下載測試的復雜程度。與此同時(shí)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )作為一個(gè)龐大的通信系統，不同企業(yè)的產(chǎn)品之間的互操作性也是無(wú)線(xiàn)測試中重要的內容，由于RF射頻芯片組和模塊器件的設計比較復雜，因此即使是通用的標準也無(wú)法確保產(chǎn)品之間可以互操作。

新技術(shù)催生新產(chǎn)品

利潤豐厚的無(wú)線(xiàn)測試提出的挑戰給了測試測量行業(yè)巨大的發(fā)展推動(dòng)力，作為新技術(shù)大范圍應用保障基礎的測試測量行業(yè)必須率先應對新的挑戰，而影響測試測量水平的最重要因素就是儀器的功能。諸多新技術(shù)的出現確保測量?jì)x器滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)測試的需求。

數字射頻(RF)信號復雜的調變信息、變化迅速、頻率跳躍不定、尖銳和短暫消失等特點(diǎn)讓傳統采用掃頻分析儀和矢量分析儀(VSA)測量的方法無(wú)所適從。如何實(shí)時(shí)捕獲2.4GHz的高速信號以及發(fā)現多路信號中的干擾信號成為必須解決的難題。為此，泰克公司推出了曾經(jīng)應用于示波器的DPO升級之后的DPX數字熒光波形成像處理器技術(shù)，通過(guò)顯示顏色不同可以區分不同信號的出現概率。為了能夠每秒處理48000個(gè)頻譜，DPX采用專(zhuān)用的實(shí)時(shí)硬件處理進(jìn)入的信號。通過(guò)使信號間隔達到最小，為用戶(hù)提供了完全不同于以前的實(shí)時(shí)RF信號視圖。它對最短24 _s的信號實(shí)現了100%的偵聽(tīng)概率。DPX技術(shù)利用顯示顏色不同標明信號出現的概率，由此可以發(fā)現軟件定義無(wú)線(xiàn)電在軟件切換頻率時(shí)產(chǎn)生的無(wú)線(xiàn)頻率瞬時(shí)失真；DPX還可以把信號進(jìn)行分離處理，幫助發(fā)現非線(xiàn)性干擾信號，在無(wú)線(xiàn)電監控中可以檢查信號中是否含有非法信號。在捕捉方面則采用了全新的頻率模板觸發(fā)，模板可按電平和頻率定義，超過(guò)預設值即觸發(fā)。這樣就可以通過(guò)建立不同的模板捕捉主要信號外的信號，并可以確保大信號中的小信號進(jìn)行觸發(fā)。兩種技術(shù)的結合大大改善了頻譜更新速率和信息顯示能力，把大量RF數據轉化成視圖，清晰分辨出異常信號。幾種技術(shù)的融合可以進(jìn)行時(shí)域和頻域同時(shí)分析，多域顯示功能可以同時(shí)測試時(shí)域、頻域等不同域信號并分別顯示各個(gè)域的情況，便于查找錯誤或實(shí)時(shí)分析?；谶@幾種技術(shù)的實(shí)時(shí)頻譜分析儀不僅適用于無(wú)線(xiàn)通信和RF行業(yè)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，在無(wú)線(xiàn)監控和雷達設計等領(lǐng)域也有廣泛的應用。吳佑壽院士指出：“數字熒光技術(shù)可以發(fā)現同頻工作下的大信號背后的小信號，這對我們的數字通信非常有幫助。移動(dòng)數字電視非常需要實(shí)時(shí)頻譜分析，特別是測試移動(dòng)傳播信號的盲點(diǎn)和斷點(diǎn)非常有價(jià)值，可以幫助我們確定每個(gè)位置的信號強弱。

當然，沒(méi)有采集就沒(méi)有分析，再好的分析能力如果無(wú)法采集到信號也沒(méi)有意義。比如泰克的頻率外觸發(fā)技術(shù)，通過(guò)高性能的探頭，可以輕松偵測到高頻小功率信號，從而保證分析的準確性。探頭是信號采集的源泉，也是信號分析的基礎。有源探頭電容低而無(wú)源探頭電阻高，為了盡量減少探頭對信號的影響確保信號的準確性，必須確保探頭具有高阻抗和低電容。力科公司推出了ZS系列有源探頭，探頭增加了前端放大器，在高頻時(shí)確保了較高的阻抗，從而同時(shí)實(shí)現可高阻抗和低電容的苛刻要求，減少信號的干擾影響。探頭作為信號偵測工具，不僅需要性能出色，更需要滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的需要。ZS系列增加了全面的端部/接地配件，前端探頭體積很小，可以運用多種接地線(xiàn)組合，縮短接地線(xiàn)與信號的距離，讓信號保真度更好。這種獨特的設計可以測試IC腿、SMD元件、BGAs和通路等精密環(huán)境的信號。

平臺化成為趨勢

3G和WiMax技術(shù)的商用面臨著(zhù)諸多挑戰，穩定性和可靠性是最為重要的要求，同時(shí)還必須要適應無(wú)線(xiàn)信號速度快、頻率高的特點(diǎn)，這就對測試儀器提出了很高的要求。只有具備了軟件開(kāi)發(fā)、數字電路設計及測試、射頻測試和協(xié)議分析等全面的解決方案才能適應3G網(wǎng)絡(luò )的整體需求。從網(wǎng)關(guān)、天線(xiàn)到空中接口，從基站到主干網(wǎng)，從轉換接口到小區切換，傳輸方式從TDM到ATM或者寬帶IP和吉比特以太網(wǎng)，這需要一個(gè)完整的測試平臺以保證高速數據交換和多信令識別系統的評估，并且保證3G與2G和WLAN等系統的無(wú)縫鏈接，從而保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的Qos。

面對這種挑戰，單個(gè)儀器已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )測試的綜合需求，平臺化產(chǎn)品成為解決問(wèn)題的唯一途徑。安捷倫公司展示了針對3G從研發(fā)設計到設備生產(chǎn)的全面的測試解決方案，其中包括為研發(fā)設計提供的ADS (Advanced Design System)設計方案；為數字基帶提供的測試方案；為模塊或設備提供的射頻測試方案；為手機和基站提供的整機測試的系統測試方案；為T(mén)D-SCDMA網(wǎng)絡(luò )信令提供的測試方案。比如，針對WCDMA/HSPDA的主要測試項目包括：端對端數據連接能力，使用戶(hù)能夠建立一條采用HSPDA的IP數據通道，在測試臺上仿真最終用戶(hù)的應用體驗； HSDPA數據吞吐量監視器，使設計師可通過(guò)數據通道查看實(shí)時(shí)數據速率；支持CAT 6(6類(lèi))端對端數據連接和HSDPA衰落、InterRAT 2-box數據和話(huà)音切換以及空閑和數據重新選擇能力。安捷倫的這個(gè)完整解決方案還針對GSM/GPRS/EGPRS實(shí)驗室應用的用戶(hù)，率先提供了雙傳送模式(DTM)和雙小區仿真等先進(jìn)特性，從而轉化為獨特的3G功能。 雙小區仿真提供了兩個(gè)獨立小區供移動(dòng)測試設備進(jìn)行選擇和切換，從而保證了對GSM/GPRS/EGPRS切換和小區選擇進(jìn)行真實(shí)測試。它既支持話(huà)音切換，也支持在IP數據連接期間的網(wǎng)絡(luò )始發(fā)和自主切換。執行這些數據切換時(shí)，IP流量將被自動(dòng)地通過(guò)適當小區重新路由，所有的上下文信息都予以保留。此外，它還可以切換DTM呼叫，并同時(shí)保持話(huà)音連接和數據連接。雙小區仿真可以實(shí)現從GSM、GPRS和EGPRS網(wǎng)絡(luò )擴展到WCDMA和HSDPA。 DTM可在真實(shí)條件下對并發(fā)的話(huà)音連接和包數據連接進(jìn)行測試。例如，一個(gè)AMR話(huà)音呼叫(其中編解碼率正在快速變化)可以與采用增量冗余的EGPRS IP數據連接同時(shí)進(jìn)行。當它們運行時(shí)，可能會(huì )有意地加入誤碼，以強制進(jìn)行重新傳送。設計人員在進(jìn)行Tx和Rx測量時(shí)，協(xié)議交換可被實(shí)時(shí)記錄下來(lái)。DTM的能力還包括：支持多種PDP上下文和EGPRS多時(shí)隙等級33(具有完全的吞吐量)，以及對多重和輔助PDP上下文的支持。

R&S也可以提供全面的3G業(yè)務(wù)測試解決方案，測試平臺可以基于CRTU或者CMU200，支持GSM/GPRS、WCDMA和cdma2000等標準，可以進(jìn)行MMS、WAP、視頻電話(huà)、網(wǎng)絡(luò )瀏覽、視頻流等業(yè)務(wù)測試，并可以在業(yè)務(wù)測試的同時(shí)進(jìn)行射頻測試和信令監測，以便于進(jìn)一步的分析。值得一提的是，為了對手機的業(yè)務(wù)支持進(jìn)行嚴格的認證，OMA(Open Mobile Alliance)組織已經(jīng)制訂了一些3G業(yè)務(wù)測試例，其中一些已經(jīng)被GCF或PTCRB所采納，成為了手機認證的一部分。R&S推出了CRTU-ATE平臺，可以基于上述需求為業(yè)務(wù)一致性測試提供了靈活的解決方案，并在業(yè)界率先支持MMS的一致性測試。

 不僅僅是無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域，平臺化已經(jīng)成為整個(gè)測試測量行業(yè)的發(fā)展方向。比如，很早就倡導測量平臺化的NI，依托LabVIEW軟件和PXI總線(xiàn)，借助強大的PC處理功能和獨特的信號采集技術(shù)，一直堅持從設計過(guò)程到生產(chǎn)過(guò)程的全流程一體化測試系統的建立，其目的就是要建立一個(gè)統一的生產(chǎn)測試平臺。從工業(yè)控制到生產(chǎn)流程測試再到多種數據收集，LabVIEW作為NI的根本優(yōu)勢，其核心競爭力就是一個(gè)集多行業(yè)多領(lǐng)域的平臺化測試。

軟件作用日漸突出

談到LabVIEW，就不得不談軟件在現代測試測量中的重要作用?，F在的測試儀器已經(jīng)不僅僅是硬件的比拼，更多的突破和競爭集中在軟件的更新上。軟件已經(jīng)在現代測試中發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用，幾乎2006年每個(gè)新推出的高端儀器都搭配了較高的內存并內嵌各種操作系統，用以保障軟件的高效運行。比如泰克的DPX軟件可以發(fā)現SDR的軟件切換頻率的無(wú)線(xiàn)頻率瞬時(shí)失真，是數字RF信號測試的關(guān)鍵；力科公司的WaveScan搜索分析團建支持多種掃描模式，并具有高級采集分析功能，可以快速發(fā)現異常事件，并對信號進(jìn)行全面分析?？梢哉f(shuō)，借助軟件的力量，測試軟件已經(jīng)逐漸成為測試發(fā)展的重點(diǎn)。

綜合測試系統是一個(gè)自動(dòng)化平臺，模塊化是發(fā)展趨勢，重點(diǎn)在于軟件平臺的搭建，LabVIEW 可以應用在全平臺操作系統，從測試到設計都采用一個(gè)平臺，LabVIEW讓客戶(hù)自主開(kāi)發(fā)驅動(dòng)模塊滿(mǎn)足需要。已經(jīng)20年的LabVIEW軟件發(fā)展到了8.20版本，并且已經(jīng)推出了LabVIEW8.20的簡(jiǎn)體中文版，更方便中國工程師的使用。LabVIEW 8.20的功能比以前有了較大的提高，不僅圖形化界面更加便于操作，而且還可以實(shí)現工程師自主開(kāi)發(fā)程序模塊，針對不同應用開(kāi)發(fā)不同模塊程序。在編程工具方面，增加了使用面向對象的編程方式開(kāi)發(fā)可擴展的代碼，使用自動(dòng)VI接口創(chuàng )建功能集成.NET Web服務(wù)，使用自動(dòng)DLL接口生成功能重復利用外部代碼，動(dòng)態(tài)地調用DLL并使用調回(callback)功能。用戶(hù)界面開(kāi)發(fā)方面增加了使用基于OpenGL的3D顯示工具創(chuàng )建高級用戶(hù)界面，通過(guò)Web對應用實(shí)現同步的多用戶(hù)控制和測量功能改進(jìn)。同時(shí)，使用新的技術(shù)數據管理(TDM)Streaming VI實(shí)現更快速流盤(pán)，使用FPGA向導自己定制數據采集設備，將標準PC機轉換成一個(gè)實(shí)時(shí)系統，在工業(yè)系統中加入觸摸板，使用共享變量與移動(dòng)設備輕松通信以及使用MathScript在您的LabVIEW程序框圖中加入文本數學(xué)模式。

特別是伴隨PC處理技術(shù)的最新進(jìn)展，LabVIEW獲得更多的發(fā)揮空間。CPU向雙核甚至多核方向發(fā)展讓LabVIEW在多路并行信號處理方面發(fā)揮更大的優(yōu)勢(復雜的信號絕大多數都是并行的)，多核處理器可以提高虛擬儀器的采集和處理性能，據介紹，雙核對多路信號的分析處理能力比單核提高了100%，更有利于多設備多信號在單一PC上的處理和分析。結合具有高傳輸能力的PXI總線(xiàn)，虛擬儀器可以更好采集、傳輸和處理復雜多變的無(wú)線(xiàn)信號。

不僅僅是測量

如果你還只是把測量?jì)x器當作單純的測試工具，你顯然已經(jīng)跟不上測量?jì)x器發(fā)展的趨勢，很多測量?jì)x器已經(jīng)逐漸開(kāi)始扮演起硬件開(kāi)發(fā)工具的角色。

LabVIEW軟件平臺依托圖形化界面，可以代替VHDL進(jìn)行FPGA的開(kāi)發(fā)。用戶(hù)通過(guò)在LabVIEW界面進(jìn)行圖形化編程設計，然后LabVIEW軟件將程序自動(dòng)轉換成VHDL代碼寫(xiě)入FPGA。采用LabVIEW開(kāi)發(fā)的結構和LOOP與VHDL完全一樣，而LabVIEW的圖形化特性可以讓開(kāi)發(fā)更直觀(guān)更方便。特別是對于并行任務(wù)開(kāi)發(fā)，利用LabVIEW的圖形界面可以實(shí)現多路并行控制，而VHDL文本則有很大困難。這樣，開(kāi)發(fā)工程師只需要熟練掌握LabVIEW而不需要再學(xué)習VHDL就可以實(shí)現多種產(chǎn)品功能的開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)的焦點(diǎn)也從編寫(xiě)程序轉變?yōu)槿绾螌?shí)現各組件的功能組合。這種方法把設計和測試過(guò)程有效地整合在一起，提高了開(kāi)發(fā)的效率。

同樣，泰克公司也針對嵌入式系統開(kāi)發(fā)推出自己的新產(chǎn)品，用以幫助工程師在開(kāi)發(fā)過(guò)程中跟蹤信號和模擬仿真。通過(guò)針對串行和并行傳輸的不同優(yōu)化，便于追蹤噪聲、發(fā)現建立保持問(wèn)題、解決總線(xiàn)邏輯、捕捉亞穩態(tài)，并可以選擇不同的總線(xiàn)傳輸模式進(jìn)行預先仿真，為開(kāi)發(fā)過(guò)程提供模擬預期。