一種低成本高效測試方法――合成測試系統

在合成環(huán)境中，接口的選擇沒(méi)有什么影響。方案提供商可以混合采用PXI、VXI、GPIB、Ethernet、USB、PCI、PCI-X或包括交換結構在內的任何其它通信總線(xiàn)，因為硬件和軟件模塊之間的接口也與插件對象一樣看待。硬件配置是從軟件部件和模塊中抽象出來(lái)的，這提供了一個(gè)非常強大的系統架構。

合成儀器的最大好處之一是它的測試能力不是受到測試儀器特性的約束，而是代表被測單元的工作特性。這方面的一個(gè)簡(jiǎn)單例子是測試衰減器組的特性。常規的方法可能是先用一個(gè)功率計進(jìn)行輸出幅度測試，然后再用一個(gè)頻譜分析儀來(lái)進(jìn)行頻率響應測試，測試在工作參考設置條件下進(jìn)行。

每臺儀器所做的單次掃描結果如圖8(增益)和圖9(頻率響應)所示。圖8中的特性曲線(xiàn)看來(lái)是線(xiàn)性的，沒(méi)有什么明顯問(wèn)題。圖9中的特性曲線(xiàn)似乎線(xiàn)性度也不錯。不過(guò)，由于測試過(guò)程中使用了兩臺儀器，不容易研究所有的工作區域。任何試圖覆蓋整個(gè)工作范圍的努力都需要在不同的功率水平、頻率和衰減設置上進(jìn)行多次測試，同時(shí)還不可避免地要無(wú)數次地重復測試許多數據點(diǎn)。單域測試常常會(huì )隱藏一些工作區域中不良的非線(xiàn)性特性，而且雖然傳統儀器可被配置和用來(lái)涵蓋整個(gè)測試范圍，但并不十分有效。采用傳統儀器時(shí)所牽涉的大量設計和測試時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)也是必須考慮的。

相比之下，一臺合成儀器就能執行更為復雜的測試，象三維表面一樣刻劃出衰減器組的幅度和頻率響應。測試結果如圖10所示。圖中曲線(xiàn)顯示，衰減器組在某些工作區域有一些不好的非線(xiàn)性特性，很可能涉及衰減器組中某些特定的衰減器。經(jīng)過(guò)校正，很容易就可以?xún)H僅針對有關(guān)的區域進(jìn)行重復測試，如果需要，還可以定義附加的通過(guò)/失敗準則作為響應表面的坡度。測試維數也可以增加到包括相位響應或其它因素。合成測試方法可以輕松地對這些復雜的測試腳本進(jìn)行控制，在減少測試次數和增加被測單元涵蓋范圍方面，合成測試所帶來(lái)的好處只受到測試設計人員創(chuàng )造力的限制。

合成解決方案

由于合成儀器方法所帶來(lái)的廣泛好處，它可以支持許多測試和測量應用。已在使用或正在開(kāi)發(fā)中的合成解決方案涵蓋了軍事、航天和商業(yè)測試等各個(gè)領(lǐng)域的市場(chǎng)。

目前，美國國防部正積極采購新的測試系統和以合成架構為基礎升級老的測試系統。這一點(diǎn)絲毫不值得奇怪，因為測試測量行業(yè)的許多技術(shù)進(jìn)步都脫胎于軍事與航天測試應用。合成測試系統將為國防部提供它所需要的靈活性以及更便攜、經(jīng)濟和免于老化過(guò)時(shí)的測試方案，并具有在戰場(chǎng)上提供多兵種支持的能力。

在最近的伊拉克戰爭期間，人們發(fā)現在許多場(chǎng)合美軍士兵嚴重喪失了后勤支持。合成測試系統的靈活性和更小的體積使它能以更少的設備為軍隊提供更多的測試功能，以及為多兵種的設備提供測試的能力。運行多種不同測試算法和提供多種接口支持了合成測試系統的多兵種測試能力，而便攜能力的增強將使士兵們在戰場(chǎng)上受益。

合成儀器在軍事與航天測試中最吸引人的潛力在于它無(wú)需任何修改便可運行原有的測試程序。美國海軍的CASS測試系統運行著(zhù)3000多個(gè)測試程序組(TPS)，但它面臨著(zhù)嚴重的儀器老化過(guò)時(shí)問(wèn)題。在A(yíng)utotestcon 2002會(huì )議上，Aeroflex和洛克西德-馬丁公司進(jìn)行了一次聯(lián)合演示，它們利用一個(gè)合成射頻子系統來(lái)替換一套傳統的射頻儀器。演示系統運行了未經(jīng)修改的有代表性的CASS測試程序，包括與被測單元的軟硬件接口?？紤]到600多套在用的CASS系統和數十億美元的TPS投資，在處理大規模老化過(guò)時(shí)問(wèn)題上，合成儀器方法可以極大地降低成本和復雜性。

一家頂級商業(yè)衛星制造商希望大幅削減衛星通信有效載荷測試所花費的時(shí)間，包括從部件級測試到整個(gè)衛星的測試。從最初將各個(gè)部件安裝到面板，到完整組裝的有效載荷，最后到全部組裝好的衛星一級，該公司都要對有效載荷進(jìn)行測試。圖11是該公司基于儀器的老系統的方框圖，圖12是替換它的合成測試系統的方框圖。這個(gè)案例提供了一個(gè)對合成測試的有關(guān)性能與投資回報潛力進(jìn)行評價(jià)的絕佳途徑，因為最終用戶(hù)有一個(gè)可用來(lái)進(jìn)行直接比較的老系統。

在進(jìn)行比較時(shí)，最終用戶(hù)在新舊兩個(gè)系統上運行了同樣的測試過(guò)程，用的是相同的測試序列軟件。測試得到的基準數據顯示，合成測試系統具有突出的性能優(yōu)勢。表2給出了比較結果，可見(jiàn)速度平均提高近2.5倍。線(xiàn)性頻率響應測試的速度提高了幾乎10倍，這一點(diǎn)尤為重要，因為對于每顆衛星，這項測試都要執行幾千次。這些結果只反映了部分的節省情況。系統設置和校準時(shí)間也有相似程度的減少，這使端對端測試的周期時(shí)間和成本都有顯著(zhù)降低。

本文小結

對于商業(yè)無(wú)線(xiàn)電和通信測試，合成方法也能產(chǎn)生類(lèi)似的效果。今天，瞬時(shí)帶寬能達到數百兆赫茲的模數或數模轉換模塊已不少見(jiàn)。這些部件與接收器前端和高性能射頻上下行轉換模塊相結合，可以實(shí)現軟件定義的測試系統。在本質(zhì)上，這些測試系統組成了一個(gè)儀器品質(zhì)的SDR，能測試老式無(wú)線(xiàn)電和軟件無(wú)線(xiàn)電。軟件定義的靈活性使獲得的測試系統可以對具有不同頻率、調制方式、數據協(xié)議甚至跳頻能力的多種類(lèi)型無(wú)線(xiàn)電進(jìn)行測試。顯而易見(jiàn)，組建一個(gè)基于合成儀器的測試系統有著(zhù)相當大的好處。如果你或你的公司需要一個(gè)新的或改進(jìn)的測試系統，建議鄭重考慮一下合成測試系統解決方案。